美科学家利用基因技术制备超细高导微生物纳米线

材料牛注：马萨诸塞大学安姆斯特分校科学家利用基因工程技术制造出了新型地杆菌。这种地杆菌能分泌出超细高导微生物纳米线，有望在电子器件领域实现重大作用。

马萨诸塞大学安姆斯特分校的科学家近期在Small上报道称，他们利用基因设计制造出的新型细菌品系，能够用天然无毒氨基酸编织出一种导线。这种导线很细，而且导电率高。

该研究团队由微生物学家Derek Lovely领导，他们称这些导线可与人类已知的最细导线相媲美。而且这种由可再生的廉价原料制造的导线，可避免生产纳米电子材料通常所需的苛刻的化学处理过程。

Lovely说：“人们需要小型而功能强大的电子设备，需要一种可持续的生产方式。这就需要开发新型的电子材料。”而这种可持续的生产技术和其批量生产细导线的效益，将在电子器件中发挥很大的作用，不只局限于电线、晶体管和电容器，还有生物相容性传感器、计算设备以及太阳能电池板的组件等等。

10年前，Lovely和他的同事就已经着手这项研究。那时他们发现，地杆菌这种常见的土壤微生物，可以产生“微生物纳米线”。这是一种导电细丝蛋白，能帮助微生物在富含铁矿物的土壤中生存。这些微生物纳米线的导电性虽然足以满足细菌的需求，但是离化学家合成有机导线的要求还相差很远。

“我们愈加了解微生物纳米线的工作原理，而且意识到我们有可能改善自然的设计。”Lovely说，“有一类氨基酸对电导率至关重要，所以我们重新排列了这些氨基酸，来生产我们认为可能会更导电的合成纳米线。”

他们发现了一个诀窍，就是引入色氨酸。色氨酸并不存在于天然纳米线中，它是一种常见的芳香族氨基酸。其臭名昭著的作用就是，导致人们在感恩节吃多了火鸡后就会嗜睡。但鲜为人知的是，它在纳米尺度有很高的电子输送效率。

“我们在原自然位置的苯丙氨酸中插入一个色氨酸，在另一个酪氨酸中也放入一个。我们希望这种改变可以达成预期效果：地杆菌仍能合成纳米线，但纳米线电导率要翻倍。”

结果大大超过了预期。采用基因工程制造的一种地杆菌菌株，能够制造大量合成纳米线，导电率是天然生物制品2000倍以上。还有附加好处：Lovely称之为“生物线”的合成纳米线直径仅为天然制品的一半。

“我们对结果交口称赞！”Lovely说。 生物线的电导率超过许多化学方法生产的具有同等直径的有机纳米线—— 1.5纳米（比人的头发细60,000倍）——这种细度意味着数以千计的电线很容易被打包在一个很小的空间内。额外的好处还有，制造生物线不需要任何危险化学品。此外，生物线不含有毒成分。 “地杆菌能够在廉价的可再生有机原料上生长，这是一个非常‘绿色’的过程。”他说。虽然生物线是由蛋白质生产的，但是它非常耐用。事实上，Lovely的实验室又用了数月的时间才发现如何破坏掉这种纳米线。

“这是一种相当不寻常的蛋白质，”Lovely说， “而这可能仅仅是个开始。”他的实验室研究人员最近制作出超过20个地杆菌株，每种都是能产生新氨基酸组合的独特生物线变体。他还指出，“我希望我们的初步成功能吸引更多的资金。我们要加快探索过程，并通过其它方式来扩大其潜在的应用价值。”

原文链接：'Green' electronic materials produced with synthetic biology.

本文由编辑部尉谷雨提供素材，张亚岑编译，李拓审核，点我加入材料人编辑部。