Исследователи создали перспективную технологию биоэлектронных сенсоров, где микроорганизмы производят электрический ток при контакте с определёнными соединениями в растворе. Ключевым элементом стал гидрогель на основе хитозана — натурального полимера, получаемого преимущественно из панцирей морских обитателей. Эти датчики экологичны и безвредны, что позволило сразу протестировать их на молоке для выявления посторонних включений.
Источник изображения: Rice University
Способность некоторых бактерий вырабатывать электричество известна науке давно, и их разнообразие позволяет подбирать организмы для детектирования конкретных веществ. Основной сложностью было то, что при помещении бактериальных колоний в жидкую среду они либо сами вымывались, либо терялись специальные вещества-посредники, необходимые для передачи электронов от микробов к электродам сенсора. Требовалось найти способ надёжно зафиксировать бактерии и медиаторы, предотвратив их унос потоком анализируемой жидкости.
Такой «крепостью» для микроорганизмов и посредников стал хитозановый гидрогель. Он не только удерживал их на месте, но и послужил платформой для закрепления редокс-медиаторов, которые передают электроны от активированных бактерий к электродам датчика. Хитозан добывают не только из панцирей ракообразных, но также из раковин моллюсков, клеточных стенок грибов и экзоскелетов насекомых. Этот материал безопасен для природы и человека, что делает его удачной заменой синтетическим аналогам.
При взаимодействии с целевыми загрязнителями (например, токсинами в сточных водах или пищевых продуктах) микроорганизмы активируют дыхательную цепь переноса электронов, создавая устойчивый электрический сигнал, который фиксируется измерительным оборудованием.
Созданная методика показала значительный потенциал для контроля качества воды и пищевых продуктов. Учёные разместили в молоке сенсор с адаптированными штаммами пробиотической бактерии L. plantarum. Эти микроорганизмы генерируют электрический импульс при обнаружении в среде консерванта, например, сакацина P, и уже через несколько часов был зафиксирован соответствующий сигнал — бактерии идентифицировали целевое соединение и проявили электрофизиологическую реакцию.
Последующее совершенствование подхода может способствовать масштабному внедрению аналогичных систем в промышленности, экологическом мониторинге и медицине, ускоряя переход к экологичным биотехнологиям, основанным на использовании живых микроорганизмов.
