科學家開發出基於發光藻類的「活」感測器

2022年09月30日05:43:03 科學 1636

美國開發商展示了一種可以記錄機械變形的設備原型。生活在其中的浮游生物會根據所產生的電壓發光,並在光照下自我充電。

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甲藻是一組單細胞光合生物,它們使用一隻眼睛和一對鞭毛來檢測光線並朝它移動。這些是海洋浮游植物的主要代表之一 - 從熱帶到極地水域。許多物種能夠通過水的運動產生生物發光。感覺到它後,整群甲藻照亮了海浪,或者留在了駛入大海的船後面。

這種反應與細胞對機械壓力的反應有關,加利福尼亞大學聖地亞哥分校的一組科學家決定利用甲藻的這一特性來製造新的「天然」生物感測器。原型包括被包裹在透明柔性外殼中的活細胞,當感覺被拉伸、壓縮或彎曲時會發光。蔡勝強教授和合著者在《自然通訊》雜誌上發表的一篇文章中談到了他。

在與生物學家協商後,科學家們選擇了 Pyrocystis lunula 甲藻,將它們放置在各種形狀的密封彈性殼中。為了增強細胞所承受的機械應力,在外殼的內表面製作了小突起,從而增強了變形過程中的水流。多虧了這一點,作者設法獲得了生物感測器的原型,只要輕輕一碰,它們就會真正亮起來。科學家們還證明,磁鐵可以放置在設備內部,然後在外部場的影響下它們移動並發光。

彈性聚合物聚二甲基硅氧烷用作殼。該材料是在具有使用激光製成的微孔的基質上製成的,因此他也保留了這些孔。它們捕獲細胞和大型生物分子,但確保氧氣和其他氣體的交換。多虧了這一點,設備內的甲藻仍然活著,並且為了「充電」,它們足以留在光線下。光合作用將有助於恢復用於發光的資源。

否則,創建的原型非常簡單,不需要任何維護。「我們把文化帶進來,這就是它的終點,」蔡教授說。「當它們在陽光下充電時,它們可以一次又一次地使用至少一個月。無需更新解決方案等。每台設備都是一個小的生命生態系統。」

現在科學家們正計劃改進原型——特別是獲得這樣的結構,以便活細胞可以直接整合到其中。這將使設備更加可靠和通用。在未來的某一天,它們可能會在海洋監測系統、水下機器人等領域得到應用,或者只是提供照明而不需要電力。

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