تولید الکتریسیته توسط باکتری ها

[هیوا]

باکتری‌های رسانای الکتریکی و تولیدکنندگان نانوسیم[1]
پژوهشگران در دانشگاه ماساچوست امهرست[2]، ساختار زیستی کوچکی کشف نمودند که هادی بسیار خوبی برای الکتریسیته است. افزون بر آن، این باکتری می‌تواند به تشریح چگونگی پاکسازی آب‌های زیرزمینی وتولید الکتریسیته از منابع جبران‌پذیر یاری رساند. این کشف ممکن است در خصوص فن‌آوری نانوها[3] برای ساخت دستگاه‌های بسیار کوچک کاربرد داشته باشد.
کشف گروه پژوهشگران میکروب‌شناس دکتر درک آر لاولی[4] در مجله نیچر[5] که یک مجله علوم بین المللی است در تاریخ 23 جولای به چاپ رسید.
پژوهشگران کشف کردند که ساختار رسانایی، به نام میکروبیا نانووایر[6] یا سیم‌های نانویی میکروبی، به وسیله جانوران کوچک میکروسکوپی جدیدی به نام ژئوباکتر[7] تولید می‌شوند. سیم‌های نانویی بسیار باریک هستند، این سیم‌ها تنها سه تا پنج نانومتر عرض و هزار برابر عرض خود طول دارند که بیست هزار مرتبه از موی انسان نازکتر ولی بسیار محکم هستند.
دکتر لاولی می‌گوید چنین ساختار رسانای باریک و بلندی در زیست‌شناسی بی‌سابقه است. این موضوع درک ما را در چگونگی توان جانوران ریز میکروسکوپی درکاربرد الکترون کاملا تغییر می‌دهد، همچنین به نظر می‌رسد که میکروبیا در تولید دستگاه‌های الکترونیک بسیار کوچک استفاده شود.
پژوهش پیشین آزمایشگاه دکتر لاولی ثابت کرد که ژئوباکتر ساختار باریک و مومانندی به نام پیلی[8] را فقط از یک سوی سلول تولید می‌کند. پژوهشگران دکتر لاولی حدس می‌زدند پیلی ممکن است سیم باریکی باشد که ژئوباکتر به وسیله آن می‌تواند قابلیت بی‌همتای حمل الکترون به بیرون از سلول و به فلزات والکترودها را دارا باشد. این تئوری به وسیله تیم میکروب‌شناسی تائید شد که شامل دکتر جما رویگرا[9] و فیزیکدانان مارک تی تئومینن[10] و کوین دی مک کارتی[11] می‌شدند و پیلی را به وسیله میکروسکوپ اتمی مشاهده کرده بودند. پیلی بسیار رسانا است، اما وقتی ژئوباکتر را از لحاظ ژنی تغییر دادند به نحوی که دیگر پیلی تولید نکند، ژئو باکتر رسانا بودن خود را از دست داد.
دکتر لاولی می‌گوید که نتایج بالا به ما کمک می‌کند تا بفهمیم که ژئوباکتر چگونه در محیط بدون اکسیژن زندگی می‌کند وچنان عمل طبیعی بی‌همتایی، همچون از بین بردن آلودگی‌های آب‌های زیرزمینی را انجام می‌دهد. ژئوباکتر به دلیل توانایی حمل الکترون به خارج از سلولش و انتقال آن به مواد معدنی از جمله آهن موجود در خاک، که بیشتر خاک‌ها آن را دارا هستند، می‌تواند بدون اکسیژن زندگی کند.
رسانای پیلی تولید شده توسط ژئوباکتر می‌تواند کاربرد بسیاری در صنعت الکترونیک داشته باشد. اکنون سیم‌های نانویی را که در گذشته با صرف مبالغ بسیار تهیه می‌شدند، می‌توان توسط کشت میلیاردها ژئوباکتر در آزمایشگاه بسیار ارزان تولید کرد. افزون برآن با تغییر ژن در ژئوباکتر که کدهای سیم نانویی را در بردارد، می‌توان سیم‌های نانویی را با صفات و کارآیی‌های متفاوتی تولید کرد. ژئوباکتر موجود در خاک و گل ولای رودخانه‌ها ناهوازی هستند و از فلزات انرژی کسب می‌کنند، همانگونه که اکسیژن در بدن ما انرژی تولید می‌کند، آنها می‌توانند آب‌های زیر زمینی را از آلودگی‌های نفت، اورانیوم و غیره پاکسازی کنند.

باکتری‌های تولیدکننده الکتریسیته
آقای کارتیک مدیراژو[12] در مقاله خود درباره تولید الکتریسیته خانگی به وسیله باکتری‌های ناهوازی می‌نویسد:
حمل الکترون به الکترود، اساس تنفسی میکروبیال سلول سوختی است. می‌توان از دادن الکترون به الکترود میکروب‌ها بهره‌برداری و الکتریسته تولید نمود. یک میکروب گل و لای دریایی[13] می‌تواند مستقیما به الکترود گرافیتی الکترون بدهد. این کار بهره‌وری سوخت سلولی را بیشتر می‌کند.
دو محفظه در میکروبیال سلول سوختی[14] وجود دارد. در محفظه آنود، میکروب‌های هوازی و یا ناهوازی (ناهوازی‌ها الکتریسیته بیشتر تولید می‌کنند) تنفس و تولید الکترون می‌کنند و این الکترون را به واسطه‌های الکترونی می‌دهند، در همین زمان پروتون از غشای سلولی عبور می‌کند و وارد محفظه کاتد اکسیژنی می‌شود. زمانی که الکترون از آنود به کاتد می‌رسد به اکسیژن و پروتون‌هایی که با آب رد و بدل می‌شوند، واکنش نشان می‌دهد.
1] Nanowires
[2] University of Massachusetts Amherst (founded in 1863), Department of Physics.

[3] Nanotechnology

[4] Derek R. Lovely

[5] Nature

[6] Microbial Nanowires

[7] Geobacter

[8] Pili

[9] Gemma Ruegera

[10] Mark T. Tuominen

[11] Kevin D. McCarthy

[12] Kartik Madiraju

[13] Rhodoferax Ferrireducens

[14] Microbial Fuel Cell