Учёные разработали перспективную систему биоэлектронных датчиков, в которой живые бактерии способны генерировать электрический сигнал при обнаружении определённых веществ в жидкости. Основой технологии стал гидрогель, созданный из хитозана — природного полимера, извлекаемого в основном из панцирей ракообразных. Датчики безвредны и безопасны даже для проверки продуктов, что сразу же испытали на молоке для поиска нежелательных примесей.
Источник изображения: Rice University
Вырабатывающие электричество бактерии известны давно, и их довольно много, чтобы можно было выбирать, за какими веществами им нужно следить. Главная проблема заключалась в том, что при погружении колоний бактерий в жидкую среду для их работы они вымывались сами либо вымывалось вещество, которое было одним из агентов в системе детектирования — в частности, для переноса электронов от бактерий к электродам датчиков. Необходимо было как-то удержать бактерии и медиаторы вместе, чтобы их не унесло потоком исследуемой жидкости.
Каркасом или «крепостью» для бактерий и медиаторов стал гидрогель из хитозана. Он не только удерживал их вместе, не позволяя вымываться жидкой средой, но и служил основой для крепления редокс-медиаторов, переносящих электроны от возбуждённых бактерий к электродам датчиков. Хитозан извлекается не только из панцирей ракообразных, но также из раковин моллюсков, грибов и каркаса насекомых. К тому же он безопасен для окружающей среды и человека и способен удачно заменить синтетические носители.
При контакте с целевыми загрязнителями (например, токсичными веществами в сточных водах или пищевых продуктах) микроорганизмы запускают дыхательную цепь переноса электронов, генерируя стабильный электрический сигнал, который можно регистрировать приборами.
Разработанная технология продемонстрировала хорошие перспективы для мониторинга качества воды и пищевых продуктов. Исследователи поместили датчик с модифицированными версиями пробиотических бактерий L. plantarum в молоко. Эти бактерии вырабатывают электрический сигнал в ответ на присутствие в продукте такого консерванта, как сакацин P, и через несколько часов был получен соответствующий электрический сигнал — бактерии обнаружили искомое вещество и проявили электрическую активность.
Дальнейшее развитие метода может привести к широкому внедрению подобных решений в промышленности, экологии и здравоохранении, способствуя переходу к зелёным технологиям на основе живых микроорганизмов.