激光照亮的蜂窝状聚合物增强细菌的生物电

研究人员使用激光和蜂窝状聚合物薄膜将发电细菌紧紧聚集在一起。该技术可以提高用于废水处理或生物燃料生产的微生物燃料电池的效率，并可能为研究细菌提供一种新方法。

微生物燃料电池(mfc)使用特定种类的细菌，如来自细菌核废料旁边属，才能产生能量。细菌氧化细胞中的有机分子，这个反应可以与接受细菌产生的电子的阳极相耦合。为了在MFC中最大限度地产生电力，高密度的细菌需要与电极接触。然而，通常很难诱使细菌形成紧密的群体，特别是一些物种可以移动。

现在,可以Tokonami，Takuya Iida和日本堺市大阪府立大学的同事们已经开发出一种策略，可以在几秒钟内将细菌组装成密集的单元。该技术依赖于一种蜂窝状结构的聚合物，当用激光加热时，这种聚合物可以将细菌困在其孔隙中。Iida解释说:“我们的技术可以通过光诱导对流将细菌强行组装到电极上，并且可以立即评估细菌的发电等功能。”

为了制作聚合物薄膜，该团队创造了聚苯乙烯和聚离子溶液，并将其涂在玻片上。然后将水滴以蜂窝状模式放置在聚合物溶液膜上作为模板，当得到的聚合物干燥时，留下六角形晶格模式的圆形孔隙。然后在薄膜上涂上一层吸收光的纳米层黄金。

接下来，研究小组将细菌添加到聚合物中，并向分离孔隙的壁发射红外激光。这种加热导致气泡形成，从而产生水平热对流，将细菌穿过聚合物并进入其孔隙，在那里它们被困在漩涡中。

Tokonami说:“我们很惊讶，即使是带有鞭毛的活动细菌也会落入毛孔中，无法逃脱，它们被限制在每个毛孔中移动。”“此外，我们还惊讶地发现，我们能够以高密度的方式捕获细菌，并保持比预期更高的存活率。”

蜂窝结构还有助于防止热传导，从而杀死细菌——80%到90%的细菌在激光的高热下存活下来。使用无图案的平面基底，存活率低于30%。

进一步的实验表明，通过更频繁地发射激光，产生的电流可以提高一到两个数量级。除了可能使mfc更有效外，该团队还建议该方法可以改进其他微生物设备，例如探索肠道微生物功能的设备，或加快用于食品检查和医疗诊断的致病菌和病毒的研究。

“在微米尺度上控制产电细菌的空间分布和密度，为设计和制造各种微生物设备提供了前所未有的灵活性，”他说李雅特他在加州大学圣克鲁斯分校研究mfc。“将这种组装技术应用到更大规模和不同的基材上，并降低成本，将是未来应用需要解决的问题。”