Kühlung beschleunigt Elektronen in bakteriellen Nanodrähten

Dies ist sehr überraschend, denn normalerweise friert Kühlung die Elektronen ein und verlangsamt sie in organischen Materialien

13.05.2022 - USA

Der Boden unter unseren Füßen und unter dem Meeresboden ist ein elektrisch geladenes Gitter, das von Bakterien erzeugt wird, die in einer sauerstoffarmen Umgebung überschüssige Elektronen durch winzige Nanodrähte "ausatmen". Forscher der Universität Yale haben untersucht, wie man diese natürliche elektrische Leitfähigkeit in Nanodrähten, die nur 1/100.000stel so breit wie ein menschliches Haar sind, verbessern kann, indem man den Mechanismus des Elektronenflusses identifiziert.

In einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Science advances veröffentlicht wurde, hat ein Team unter der Leitung des Doktoranden Peter Dahl zusammen mit Nikhil Malvankar, Assistenzprofessor für molekulare Biophysik und Biochemie am Microbial Sciences Institute, und Victor Batista, Professor für Chemie, herausgefunden, dass Nanodrähte 10 Milliarden Elektronen pro Sekunde ohne Energieverlust bewegen. Diese Studien erklären die bemerkenswerte Fähigkeit dieser Bakterien, Elektronen über große Entfernungen zu senden. Das Team fand auch heraus, dass die Abkühlung der Umgebung der Nanodrähte von Geobacter von Raumtemperatur bis zum Gefrierpunkt die Leitfähigkeit um das 300-fache erhöht. Dies ist sehr überraschend, da das Kühlen normalerweise Elektronen einfriert und sie in organischen Materialien verlangsamt. Durch die Kombination von Experimenten und Theorie fanden die Forscher heraus, dass die kälteren Temperaturen die Wasserstoffbrückenbindungen umstrukturieren und die Häm-Proteine innerhalb der Nanodrähte abflachen, wodurch der Stromfluss verbessert wird. Die Nutzung dieses natürlich vorkommenden elektrischen Gitters könnte eines Tages zur Entwicklung von lebenden und sich selbst reparierenden elektrischen Schaltkreisen, neuen Stromquellen und Strategien zur Bioremediation führen.

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Originalveröffentlichung

Peter J. Dahl et al.; A 300-fold conductivity increase in microbial cytochrome nanowires due to temperature-induced restructuring of hydrogen bonding networks; Science Advances; 11 May 2022; Vol 8, Issue 19

https://www.chemie.de/news/1176062/kuehlung-beschleunigt-elektronen-in-bakteriellen-nanodraehten.html