研究人员通过将纳米管包裹在蛋白质中来诱导光合细菌吸收碳纳米管（Nat. Nanotechnol. 2022, DOI: 10.5281/zenodo.6777770）。该研究的作者说，这些发现可能会导致一类新的生物传感器和光伏设备，并允许对细菌细胞机制进行详细研究。
先前已经证明细菌可以吸收其他纳米材料，例如金纳米颗粒和发光量子点。但科学家更喜欢使用碳纳米管，因为它们在近红外 (NIR) 波长下稳定发出荧光，该波长不会与细菌和其他细胞自然发出的波长重叠。可以长时间清晰地检测到细胞内的纳米管，这将有助于成像和传感。
科学家们已经在哺乳动物细胞中使用纳米管来对药物输送和细胞代谢进行近红外成像。但是，虽然哺乳动物细胞可以主动吞咽纳米管，但细菌细胞膜更复杂，不允许纳米管通过。
为了解决这个问题，瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的化学工程师 Ardemis Boghossian 及其同事尝试了几种基于蛋白质和肽的涂层来改变纳米管的表面电荷。 “细菌的外膜带负电荷，”她说。 “当包裹在带正电的东西中时，[纳米管]能够进入细胞内部。”
该团队将涂覆的纳米管插入蓝藻中，蓝藻通过光合作用产生能量。研究人员发现，纳米管的作用就像一根电线，将细菌内部产生的电荷穿梭到外部。具有纳米管的细菌菌落产生的电流是没有纳米管的细菌的 15 倍。随着纳米管浓度的增加，电流量增加，但仅限于极限。当浓度太高时，纳米管往往会杀死细菌。
令研究人员惊讶的是，细菌也将纳米管传给了它们的后代。当细菌分裂时，后代会继承纳米管以及亲代细胞膜的一部分。 “这种继承的纳米仿生学是一个很大的新奇事物，”Boghossian 说。 “就好像你有一个有仿生眼睛或手臂的人，让他们的孩子继承它。”研究人员可以使用纳米管的 NIR 荧光对细菌进行分裂时进行成像。 “纳米管也可以用作光学传感器来监测细菌的新陈代谢，”Boghossian 补充道。
“碳纳米管是光电子学中的重要工具，”意大利国家研究委员会的化学家 Massimo Trotta 说。他说，这项工作表明，细菌细胞可以在不影响其生长和分裂的情况下吸收纳米管。 Trotta 希望这个想法可以进一步用于开发具有“更低碳足迹和更小的环境影响”的新型细菌生物传感器和生物光伏。
