研究人員通過將納米管包裹在蛋白質中來誘導光合細菌吸收碳納米管（Nat. Nanotechnol. 2022, DOI: 10.5281/zenodo.6777770）。該研究的作者說，這些發現可能會導致一類新的生物傳感器和光伏設備，並允許對細菌細胞機制進行詳細研究。
先前已經證明細菌可以吸收其他納米材料，例如金納米顆粒和發光量子點。但科學家更喜歡使用碳納米管，因為它們在近紅外 (NIR) 波長下穩定發出熒光，該波長不會與細菌和其他細胞自然發出的波長重疊。可以長時間清晰地檢測到細胞內的納米管，這將有助於成像和傳感。
科學家們已經在哺乳動物細胞中使用納米管來對藥物輸送和細胞代謝進行近紅外成像。但是，雖然哺乳動物細胞可以主動吞咽納米管，但細菌細胞膜更複雜，不允許納米管通過。
為了解決這個問題，瑞士洛桑聯邦理工學院 (EPFL) 的化學工程師 Ardemis Boghossian 及其同事嘗試了幾種基於蛋白質和肽的塗層來改變納米管的表面電荷。 「細菌的外膜帶負電荷，」她說。 「當包裹在帶正電的東西中時，[納米管]能夠進入細胞內部。」
該團隊將塗覆的納米管插入藍藻中，藍藻通過光合作用產生能量。研究人員發現，納米管的作用就像一根電線，將細菌內部產生的電荷穿梭到外部。具有納米管的細菌菌落產生的電流是沒有納米管的細菌的 15 倍。隨着納米管濃度的增加，電流量增加，但僅限於極限。當濃度太高時，納米管往往會殺死細菌。
令研究人員驚訝的是，細菌也將納米管傳給了它們的後代。當細菌分裂時，後代會繼承納米管以及親代細胞膜的一部分。 「這種繼承的納米仿生學是一個很大的新奇事物，」Boghossian 說。 「就好像你有一個有仿生眼睛或手臂的人，讓他們的孩子繼承它。」研究人員可以使用納米管的 NIR 熒光對細菌進行分裂時進行成像。 「納米管也可以用作光學傳感器來監測細菌的新陳代謝，」Boghossian 補充道。
「碳納米管是光電子學中的重要工具，」意大利國家研究委員會的化學家 Massimo Trotta 說。他說，這項工作表明，細菌細胞可以在不影響其生長和分裂的情況下吸收納米管。 Trotta 希望這個想法可以進一步用於開發具有「更低碳足跡和更小的環境影響」的新型細菌生物傳感器和生物光伏。
