Электроны в нано-биогибридных системах движутся по одному из двух путей
Междисциплинарная группа исследователей из Корнеллского университета изучает гибридные системы, объединяющие микробы с полупроводниковыми нанокристаллами — квантовыми точками. Цель — создание систем, способных использовать солнечный свет для сложных химических превращений в целях получения материалов и энергии.
Впервые удалось точно определить, что происходит, когда микроб получает электрон от квантовой точки: заряд может либо следовать прямому пути, либо передаваться косвенно через молекулы-переносчики микроба.
Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences. Ведущий автор — Мокшин Сурри.
«Если кратко, мы обнаружили, что существуют разные пути для коммуникации. Это само по себе предполагалось и обсуждалось, но не было точно количественно оценено и визуализировано, как сделали мы. Это самый первый фундаментальный шаг к долгосрочной цели объединения цифровой обработки информации с микробной биохимией», — сказал старший автор Тобиас Ханрат.
Проект стартовал в 2019 году. В 2023 году команда разработала платформу для визуализации своих биогибридных систем с разрешением на уровне одной клетки.
Для нового исследования учёные использовали флуоресцентную микроскопию времени жизни с двухфотонным возбуждением на квантовых точках из селенида кадмия (CdSe) и бактериях Shewanella oneidensis. Они обнаружили характерный ореол вокруг микроба, что указывало на периферийную помощь в переносе заряда.
Оказалось, что электрон может:
- Перемещаться напрямую от квантовой точки к микробу.
- Передаваться от микроба через молекулы-шаттлы, называемые редокс-медиаторами.
«У них разные скорости, разные характерные временные константы. И это можно измерить с помощью измерений времени жизни флуоресценции, которые мы провели», — пояснил Ханрат.
Такие фотосинтетические биогибриды потенциально могут преобразовывать диоксид углерода (CO2) в ценные химические продукты, такие как биопластики и биотопливо, а также контролировать другие микробные процессы.