De Amerikaanse onderzoekers van de Universiteit van Massachusetts in Amherst die deze ontdekking deden, hebben de natuur onderschat. Ze konden het zich niet voorstellen dat in de natuur iets kan bestaan dat net zo goed stroom geleidt als een metaal. Maar een speciaal type bacteriën heeft nu hun ongelijk bewezen.

De Geobacter-bacterie werd in 1987 voor het eerst gevonden in een rivier net buiten Washington DC. Hier leeft het zich uit op een klont ijzeroxide.

Derek Lovley, UMass Amherst

Het gaat hierbij om Geobacter sulfurreducens. Deze bacterie komt wereldwijd voor onder de grond. Het haalt zijn energie uit ijzermineralen in de bodem, op dezelfde manier waarop mensen dat doen met zuurstof. Door uitwisseling van elektronen zetten ze het giftige ijzeroxide om in onschadelijk koolstofdioxide: ze hebben dus ook een reinigende werking.

Het uitwisselen van elektronen gebeurt via spaghetti-achtige slierten, zogenaamde pili, die de bacteriën over hun hele oppervlak hebben. Deze pili zijn zo’n drie tot vijf nanometer dik en enkele tientallen micrometers lang. De bacteriën ‘ademen’ als het ware via deze pili. Vergelijk het met wanneer een mens zou ademen door een tien meter lange snorkel.

Complete verrassing

Het Amerikaanse team heeft de bacterie in hun lab laten groeien rondom een kleine elektrode. De elektrode voorzag de bacteriën van de benodigde elektronen (die ze normaal uit de ijzermineralen halen). De bacteriën groeiden als kool en vormden met elkaar een zogeheten biofilm, een dikke laag van miljarden bacteriën. Door vervolgens een stroom door de elektrode te sturen, kon het team de geleiding door de bacteriedraden meten.

Rondom de bacterie zie je kluwen van pili (in het blauw).

UMass Amherst

Het getal wat vervolgens op hun meetkastjes verscheen, was voor de onderzoekers een complete verrassing: de geleiding bleek dezelfde waarde te hebben als synthetische metalen nanodraden die in de elektronica gebruikt worden. De analogie met metalen ging zelfs nog verder: het team kon de geleiding aanpassen door de temperatuur te veranderen, net als in een metaal. Hun opmerkelijke resultaten stonden onlangs in het tijdschrift Nature Nanotechnology.

Waterproof elektronica

‘Opmerkelijk’, ‘verbazingwekkend’ en ‘opwindend’ zijn termen die collega-wetenschappers in de mond nemen als reactie op deze ontdekking. Het zijn met name de consequenties van de ontdekking, die wetenschappers enthousiast maken. Mogelijk hebben we met deze bacteriën een alternatief voor industriële nanodraden in handen, dat niet giftig is, in de natuur voorkomt en goedkoper en makkelijker te maken is.

Volgens de Amerikaanse onderzoekers zelf lonken tal van nieuwe toepassingen. Denk aan ‘biologische batterijen’, die veel krachtiger zijn dan de huidige chemische batterijen. De pili van de bacteriën hebben een groot oppervlak en kunnen dus in principe een veel grotere elektrische lading genereren dan de huidige batterijen. Of denk aan het feit dat deze bacteriën onderwater kunnen leven. Dat opent misschien de deur naar nieuwe waterproof elektronica, zoals sensoren voor onderwater.

Zie ook:

• Website van het Geobacter project, een verzameling van onderzoeken over de Geobacter-bacterie