Afkoeling versnelt elektronen in bacteriële nanodraden

De grond onder onze voeten en onder de oceaanbodem is een elektrisch geladen rooster, het product van bacteriën die overtollige elektronen “uitademen” door kleine nanodraden in een zuurstofarme omgeving.

Onderzoekers van de Yale University hebben manieren bestudeerd om deze natuurlijke elektrische geleidbaarheid in nanodraden te verbeteren door het mechanisme van elektronenstroom te identificeren. In een nieuwe studie gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgangontdekte een team onder leiding van afgestudeerde student Peter Dahl met Nikhil Malvankar, universitair docent moleculaire biofysica en biochemie aan het Microbial Sciences Institute, en Victor Batista, hoogleraar scheikunde, dat nanodraden 10 miljard elektronen per seconde verplaatsen zonder enig energieverlies.

Deze studies verklaren het opmerkelijke vermogen van deze bacteriën om elektronen over lange afstanden te sturen. Het team ontdekte ook dat het afkoelen van de omgeving rond de nanodraden van Geobacter van kamertemperatuur tot bevriezing de geleidbaarheid 300-voudig verhoogt. Dit is zeer verrassend omdat koeling typisch elektronen bevriest en ze in organische materialen vertraagt. Door experimenten te combineren met theorie, ontdekten de onderzoekers dat de koudere temperaturen waterstofbruggen herstructureren en heem-eiwitten in nanodraden afvlakken, waardoor de stroom van elektriciteit wordt verbeterd. Het benutten van dit natuurlijk voorkomende elektriciteitsnet zou op een dag kunnen leiden tot de ontwikkeling van levende en zelfherstellende elektrische circuits, nieuwe elektriciteitsbronnen en bioremediatiestrategieën.