ナノ粒子による微生物燃料電池における細胞外電子移動の促進

微生物燃料電池 (MFC) は、幅広い有機基質の代謝を通じて長期的かつ再生可能な電力生成の可能性があるため、注目を集めていますが、低い出力密度のためにこれまでの応用が制限されてきました。ここでは、MFCにおける細胞外電子移動を促進するために、生物起源の無機ナノ粒子を利用することで電力抽出を改善する可能性を示します。ナノテクノロジーを用いたプラットフォーム上での短絡電流の同時記録と光学画像化は、セル/鉄硫化物ナノ粒子集塊の形成後にShewanella PV-4からの電流の大幅な増加を示しました。セル/ナノ粒子界面の構造および組成の詳細な特性評価により、結晶性鉄硫化物ナノ粒子が細胞膜と親密に接触し、均一に被覆していることが明らかになりました。さらに、このハイブリッドシステムにおける電荷輸送の基本的なメカニズムに関する研究では、電荷輸送が生きたShewanellaの存在下でのみ発生し、また強化された電流出力は細胞/電極界面および細胞ネットワークを通じた改善された電子移動に起因することを示しました。生物起源のナノ粒子を通じて細菌細胞を相互接続し、電気的に接触させる私たちのアプローチは、MFC研究において独特で有望な方向性を示し、これらの生物システムにおける電子移動プロセスに関する基本的な知識を進展させるだけでなく、ボトムアップ方式で電気的に接続された三次元細胞ネットワークを構築することで、MFCの重要な制限を克服する可能性を秘めています。