Neue Entdeckung macht Elektronik mit Leitungen aus Bakterien denkbar
Eine faszinierende Entdeckung im Reich der Mikroorganismen: Kabelbakterien transportieren, gemessen an ihrer Größe, elektrische Ladungen über erstaunliche Distanzen - eine Fähigkeit, die ganz neue Perspektiven für die Bioelektronik eröffnet.
Wie die Forscher beobachten, haben die Bakterien die Fähigkeit, elektrische Ladungen in Form von Protonen - positiv geladenen Wasserstoffatomen - entlang ihrer Oberfläche zu transportieren. Dies geschieht durch einen Mechanismus namens Grotthuss-Effekt, bei dem die Protonen durch ein Netzwerk von Wasserstoffbrückenbindungen an der Bakterienoberfläche "hüpfen" - also wie in einer Staffel von einem Wassermolekül zum nächsten "weitergereicht" werden.
Doch was macht die nachgewiesene Leitfähigkeit der Bakterien über 100 Mikrometern zu so einer aufregenden Entdeckung? In biologischen Systemen ist der Protonentransport normalerweise auf sehr kurze Entfernungen beschränkt, oft nur wenige Nanometer. Die Fähigkeit der Kabelbakterien, elektrische Ladungen über mehrere Mikrometer hinweg zu transportieren, ist daher außergewöhnlich.
Um diese einzigartige Leitfähigkeit zu messen, entwickelten die Wissenschaftler eine spezielle Technik. Sie brachten feine Elektroden aus Palladium auf die Oberfläche nicht lebender Kabelbakterien auf. In einer speziellen Kammer konnten sie dann die elektrische Leitfähigkeit unter verschiedenen Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen messen.
Diese Entdeckung könnte Folgen für die Entwicklung bioelektrischer Geräte haben. Obwohl die Leitfähigkeit der Kabelbakterien deutlich geringer ist als jene von künstlichen Materialien, werden damit ganz neue Verbindungen biologischer und elektronischer Systeme denkbar.
Siehe auch:
Natur-Elektronik: Bakterien als winzige Stromleiter
Kabelbakterien, wissenschaftlich als filamentöse Desulfobulbaceae bezeichnet, sind mikroskopisch kleine Organismen, die in Sedimenten leben. Wissenschaftler des U.S. Naval Research Laboratory und der Aarhus University in Dänemark haben eine bemerkenswerte Eigenschaft der Lebewesen entdeckt.Wie die Forscher beobachten, haben die Bakterien die Fähigkeit, elektrische Ladungen in Form von Protonen - positiv geladenen Wasserstoffatomen - entlang ihrer Oberfläche zu transportieren. Dies geschieht durch einen Mechanismus namens Grotthuss-Effekt, bei dem die Protonen durch ein Netzwerk von Wasserstoffbrückenbindungen an der Bakterienoberfläche "hüpfen" - also wie in einer Staffel von einem Wassermolekül zum nächsten "weitergereicht" werden.
Doch was macht die nachgewiesene Leitfähigkeit der Bakterien über 100 Mikrometern zu so einer aufregenden Entdeckung? In biologischen Systemen ist der Protonentransport normalerweise auf sehr kurze Entfernungen beschränkt, oft nur wenige Nanometer. Die Fähigkeit der Kabelbakterien, elektrische Ladungen über mehrere Mikrometer hinweg zu transportieren, ist daher außergewöhnlich.
Um diese einzigartige Leitfähigkeit zu messen, entwickelten die Wissenschaftler eine spezielle Technik. Sie brachten feine Elektroden aus Palladium auf die Oberfläche nicht lebender Kabelbakterien auf. In einer speziellen Kammer konnten sie dann die elektrische Leitfähigkeit unter verschiedenen Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen messen.
Jetzt erst mal weiterforschen
Die Ergebnisse, veröffentlicht in der renommierten Fachzeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences", zeigten, dass die Leitfähigkeit stark von der Luftfeuchtigkeit abhängt. Bei 70% Luftfeuchtigkeit und 25 °C erreichte sie einen Höchstwert von 114 Mikrosiemens pro Zentimeter. Zum Vergleich: Destilliertes Wasser hat eine Leitfähigkeit von etwa 0,055 Mikrosiemens pro Zentimeter, da es nahezu frei von leitfähigen Ionen ist.Diese Entdeckung könnte Folgen für die Entwicklung bioelektrischer Geräte haben. Obwohl die Leitfähigkeit der Kabelbakterien deutlich geringer ist als jene von künstlichen Materialien, werden damit ganz neue Verbindungen biologischer und elektronischer Systeme denkbar.
Was ist elektrische Leitfähigkeit?
Die elektrische Leitfähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Materials, elektrischen Strom zu leiten. Sie wird in der Einheit Siemens pro Meter (S/m) gemessen und ist der Kehrwert des elektrischen Widerstands.
Je höher die Leitfähigkeit eines Materials, desto leichter können sich elektrische Ladungsträger durch das Material bewegen. Metalle wie Kupfer und Silber haben eine besonders hohe Leitfähigkeit.
Je höher die Leitfähigkeit eines Materials, desto leichter können sich elektrische Ladungsträger durch das Material bewegen. Metalle wie Kupfer und Silber haben eine besonders hohe Leitfähigkeit.
Welche Stoffe leiten am besten?
Silber ist der beste elektrische Leiter unter allen Metallen, gefolgt von Kupfer und Gold. Diese Metalle haben eine besonders günstige Elektronenkonfiguration, die den Stromfluss optimal ermöglicht.
In der Praxis wird meist Kupfer verwendet, da es deutlich günstiger als Silber ist und trotzdem eine sehr gute Leitfähigkeit aufweist. Aluminium findet ebenfalls häufig Verwendung, besonders bei Freileitungen.
In der Praxis wird meist Kupfer verwendet, da es deutlich günstiger als Silber ist und trotzdem eine sehr gute Leitfähigkeit aufweist. Aluminium findet ebenfalls häufig Verwendung, besonders bei Freileitungen.
Wie beeinflusst Temperatur?
Bei den meisten Metallen sinkt die Leitfähigkeit mit steigender Temperatur, da die verstärkte Bewegung der Atome den Elektronenfluss behindert. Dies ist ein wichtiger Faktor bei der Konstruktion elektrischer Geräte.
Bei Halbleitern verhält es sich genau umgekehrt: Hier steigt die Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur, da mehr Elektronen in das Leitungsband angehoben werden können.
Bei Halbleitern verhält es sich genau umgekehrt: Hier steigt die Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur, da mehr Elektronen in das Leitungsband angehoben werden können.
Wie funktionieren Halbleiter?
Halbleiter wie Silizium oder Germanium haben eine Leitfähigkeit zwischen Metallen und Isolatoren. Ihre besonderen Eigenschaften machen sie zur Grundlage moderner Elektronik.
Durch gezielte Dotierung mit Fremdatomen kann ihre Leitfähigkeit präzise eingestellt werden. Dies ermöglicht die Herstellung von Transistoren, Dioden und anderen elektronischen Bauteilen.
Durch gezielte Dotierung mit Fremdatomen kann ihre Leitfähigkeit präzise eingestellt werden. Dies ermöglicht die Herstellung von Transistoren, Dioden und anderen elektronischen Bauteilen.
Was ist Supraleitfähigkeit?
Supraleiter sind Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur (meist nahe dem absoluten Nullpunkt) ihren elektrischen Widerstand vollständig verlieren. Der Strom fließt dann ohne jegliche Verluste.
Diese faszinierende Eigenschaft wird bereits in der Medizintechnik für MRT-Geräte genutzt. Forscher arbeiten an Supraleitern, die auch bei höheren Temperaturen funktionieren.
Diese faszinierende Eigenschaft wird bereits in der Medizintechnik für MRT-Geräte genutzt. Forscher arbeiten an Supraleitern, die auch bei höheren Temperaturen funktionieren.
Bedeutung im Alltag?
Elektrische Leitfähigkeit spielt in unserem täglichen Leben eine zentrale Rolle: von der Stromversorgung über elektronische Geräte bis hin zu Blitzableitern und Erdungssystemen.
Auch in der Qualitätskontrolle von Trinkwasser und bei der Herstellung elektronischer Bauteile ist die Messung der Leitfähigkeit ein wichtiges Instrument zur Überprüfung.
Auch in der Qualitätskontrolle von Trinkwasser und bei der Herstellung elektronischer Bauteile ist die Messung der Leitfähigkeit ein wichtiges Instrument zur Überprüfung.
Zusammenfassung
- Kabelbakterien können elektrische Ladungen über große Distanzen leiten
- Protonen werden durch den Grotthuss-Effekt an der Oberfläche transportiert
- Ladungstransport über 100 Mikrometer ist für biologische Systeme einzigartig
- Spezielle Messtechnik mit Palladium-Elektroden wurde entwickelt
- Leitfähigkeit erreicht bei 70 Prozent Luftfeuchtigkeit und 25 °C Höchstwert
- Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für bioelektrische Geräte
Siehe auch:
- Bakterien aus dem Abwasser fressen das Verpackungs-Plastik PET auf
- Doom lässt sich auf Gen-Bakterien spielen - wenn man viel Zeit hat
- Innovative Biobatterie mit 100 Jahren Lebensdauer arbeitet mit Bakterien
- Forscher bauen Super-Bakterien mit Immunität gegen Viren
- Mikrobielle Minenarbeiter: Bakterien könnten für uns Bergbau betreiben
Thema:
Neueste Downloads
Neue Nachrichten
❤ WinFuture unterstützen
Sie wollen online einkaufen?
Dann nutzen Sie bitte einen der folgenden Links,
um WinFuture zu unterstützen:
Vielen Dank!
Amazon
Alle Kommentare zu dieser News anzeigen