Живые бактерии в умном геле научились подавать электрический сигнал при обнаружении вредных веществ

Исследователи Райсовского университета представили работающий прототип биосенсора, в котором живые бактерии генерируют электрический ток при контакте с целевыми веществами. Технология открывает путь к созданию долговечных датчиков для мониторинга сточных вод, пищевых продуктов и промышленных систем.

Команда под руководством профессора Рафаэля Вердуско использовала природный полимер хитозан — вещество из панцирей ракообразных — для создания мягкого гидрогеля. Этот гель работает как умная оболочка: он удерживает бактерии рядом с электродом, но пропускает жидкость с анализируемыми веществами. Ключевое новшество заключается в модификации хитозана. Полимер дополнили редокс-активными якорями, к которым крепятся молекулы-переносчики электронов. Благодаря этому электрический сигнал от бактерий стабильно передаётся на электрод даже в жидкой среде, где обычные сенсоры быстро теряют эффективность.

Для демонстрации учёные протестировали систему на молоке. Они внедрили в гидрогель штамм Lactobacillus plantarum — безопасной пробиотической бактерии, которую часто используют в ферментированных продуктах. Бактерии модифицировали так, чтобы они реагировали на сакцин Р — антимикробный пептид, применяемый как консервант. При попадании в молоко с сакцином Р бактерии начинали вырабатывать слабый ток. Гидрогель с электродами зафиксировал этот сигнал уже через несколько часов.

Ранее использование живых бактерий в электронике сталкивалось с двумя проблемами: молекулы-переносчики электронов вымывались в жидкостях, а некоторые из них были токсичны. Новая система решает обе задачи за счёт безопасного полимерного каркаса с прикреплёнными переносчиками. Докторант Синьюань Цзо, первый автор исследования, отметил, что редокс-активный полимер позволил эффективно перехватывать электрический сигнал от бактерий и передавать его на электрод.

Поскольку и хитозан, и используемые бактерии безопасны для человека и окружающей среды, технологию можно адаптировать под разные задачи. Среди них контроль качества пищевых продуктов, мониторинг загрязнений в воде, детекция патогенов в медицинских образцах и биоремедиация — уничтожение вредных химических соединений. Вердуско подчеркнул, что электроактивных бактерий в природе много, и предложенный гидрогель создаёт универсальный интерфейс для электронного взаимодействия с ними.

Источник:interestingengineering