Rachel Leeson, Rays Universiteti tərəfindən

Andrew Zinin tərəfindən redaktə edilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Hidrogel sensor sisteminin istifadə edildiyi bioelektrik reaktor. Kredit: Xinyuan Zuo/Rice Universiteti

Mikrob bioelektron sensorları hədəf maddənin və ya analitin mövcudluğuna cavab olaraq elektrik siqnalı yarada bilən canlı bakteriyalardan istifadə edir. Bu tip sensorlar zülal və fermentlərə əsaslanan digər biosensor növlərinə nisbətən bir çox üstünlüklər təklif edir: Bakteriyalar birdən çox funksiya yerinə yetirə, müxtəlif mühitlərdə yaşaya və hətta potensial uzunmüddətli istifadə üçün böyüyə və bərpa oluna bilər.

Lakin canlı bakteriyalardan istifadə edərək cihazların qurulması bir sıra çətinliklər yaradır. Bəzi bakteriyaların elektrik siqnalı yaratmaq üçün elektron göndərmək və qəbul etmək üçün istifadə etdiyi vasitəçilər, tədqiqatçıların izləmək istədikləri maye mühitlər, məsələn, çirkab suları tərəfindən sensordan uzaqlaşdırıla bilər. Bəzi vasitəçilər insanlar və ya ətraf mühit üçün zəhərlidir. Rays Universitetinin tədqiqatçısı Rafael Verduzko, hətta maye mühitlərdə belə effektiv elektron rabitəyə imkan verən təhlükəsiz bioelektronik sensor hazırladı. Tədqiqat bu yaxınlarda Advanced Materials jurnalında dərc edilib .

“Bu sistem xərçəngkimilərin sərt xarici qabıqlarında olan təbii şəkildə əmələ gələn polimer xitozandan istifadə edir. Bizim sistemimizdə xitozan həmçinin bakteriyaların qaçmasının qarşısını almaq üçün qabıq kimi fəaliyyət göstərir. Həmçinin, mediatorların birləşə biləcəyi və elektronların daşınması üçün vacib olan lövbər nöqtələrinə malik olmaq üçün dəyişdirilib”, – məqalənin müxbir müəllifi və Kimya və Biomolekulyar Mühəndislik üzrə AJ Hartsook professoru Verduzko bildirib. “Bu material bakteriyaları kapsullaşdırmaq və elektron siqnalları gücləndirmək üçün çevik bir yol təqdim edir. Ucuz və bərpa olunan polimerə əsaslandığı üçün düşünürük ki, bu, real həyatda tətbiqlər üçün böyük potensiala malikdir.”

Bu sistemə çatmaq üçün doktorant tələbə və ilk müəllif Xinyuan Zuo, elektrodun yaxınlığında bakteriyaları tutan bir hidrogel hazırlamaq ideyasına sahib idi . Hidrogellər məsaməli və keçirici bərk maddələrin qarışığından hazırlanmış yumşaq, elastik gellərdir. Hidrogel, potensial analitləri ilə mühitin, bakteriyaları mayeyə buraxmadan, tutulan bakteriyaların içinə və ətrafında axmasına imkan verir. Bununla belə, tədqiqatçılar həmçinin bakteriya və elektrod arasında elektron daşımaq üçün bir yola ehtiyac duyurdular.

Zuo dedi: “Biz bakteriyalardan gələn elektrik siqnalını effektiv şəkildə tutub elektroda ötürməyə imkan verən redoks aktiv polimerdən istifadə etməklə hər iki problemi həll edə biləcəyimizi anladıq”.

Burada mediatorlar üçün lövbər nöqtəsi kimi istifadə edilən redoks aktiv polimer, həm başqa bir mənbədən elektron qəbul edə, həm də elektronu ötürə bilən bir materialdır. Bu redoks xüsusiyyəti elektronların elektroda çatana və elektrik kimi oxunana qədər polimerlər boyunca axmasına imkan verir. Tədqiqatçılar hidrogel hazırlamaq üçün istifadə edilə bilən və elektronları daşımaq üçün mediatorları birləşdirmək üçün modifikasiya edilə bilən çox yönlü bir biopolimer olan xitosan əsasında redoks polimeri hazırladılar. Bu redoks mediatorlarını birləşdirərək və bakteriyaların ətrafında bir hidrogel əmələ gətirərək, canlı, biohibrid elektron material istehsal etdilər. Onlar bu canlı hidrogelin elektroda yerləşdirildikdə sabit bir elektron cərəyan yarada biləcəyini aşkar etdilər.

Tədqiqatçılar süddə tez-tez qoruyucu maddə kimi istifadə edilən antimikrob maddə olan sakasin P-nin mövcudluğunu yoxlayan bir versiya hazırladılar. Siqnalı yaratmaq üçün onlar fermentləşdirilmiş süd məhsullarında tez-tez rast gəlinən və sakasin P ilə təmasda olduqda az miqdarda elektrik enerjisi istehsal edən probiotik bakteriya olan L. plantarum-un mühəndislik versiyasından istifadə etdilər. Hidrogel, bakteriyaları ilə birlikdə elektroda birləşdirilərək südə yerləşdirildi. Cəmi bir neçə saatdan sonra elektrod elektrik siqnalı qeydə aldı – bakteriyalar süddə sakasin P-nin mövcudluğuna reaksiya verirdi. Polimer kimi, L. plantarum da ətraf mühitdə və qidalarda istifadə üçün təhlükəsizdir və geniş çeşiddə istifadə imkanları yaradır. Hidrogel digər bakteriyalarla da istifadə edilə bilər.

Verduzko bildirib ki, “Elektroaktiv olan çox sayda bakteriya var və buna görə də bu tip canlı mikrob cihazları üçün böyük potensial var. Bu hidrogel, zərərli kimyəvi maddələrin hiss edilməsi, kimyəvi istehsalı və ya təcrid edilməsi və ya məhv edilməsi üçün istifadə edilə bilən canlı bioelektron cihazlara imkan verərək, bu bakteriyalarla elektron şəkildə əlaqə qurmağın yolunu təmin edir.”

Nəşr detalları

Xinyuan Zuo və digərləri, Xinon-Qraft edilmiş Xitosan Polimerləri Canlı Bioelektronik Cihazlar üçün Mikrob Hüceyrədənkənar Elektron Transferini Gücləndirir, Qabaqcıl Materiallar (2026). DOI: 10.1002/adma.202518817

Jurnal məlumatları: Qabaqcıl materiallar 

Əsas anlayışlar

Bioloji materiallarElektron qütblü sistemlərCanlı maddə və aktiv maddə

Rays Universiteti tərəfindən təmin edilir