تولید الکتریسیته از میکروب!

حیات بر روی زمین با بهره‌گیری از آب، اکسیژن و نور خورشید در جریان است و بیشتر موجودات زنده، گیاهان و ارگانیسم‌های حیات، انرژی مورد نیاز خود را یا بطور مستقیم از خورشید می‌گیرند و یا با "تنفس اکسیژن" و "سوخت و ساز"، نیروی مورد نیاز برای خود را تولید می‌کنند.

 

ولی میدانیم که شکل‌های سخت‌تری از حیات نیز در جریان است. 

 

در عمق دریاها، دریاچه‌ها، غارها، معدن‌ها و حتی در درون "روده‌ی انسان" و سایر پستانداران، اکسیژن و نوری وجود ندارد! ولی در همین‌جاها هم گونه‌ای از حیات به شکل باکتری‌ وجود دارد.

 

این باکتری‌ها انرژی مورد نیاز خود را چگونه تامین می‌کنند؟

 

سال‌ها است که دانشمندان به راز این گونه از حیات پی‌برده‌اند. این باکتریها در هسته‌ی سلول خود بطور پیوسته، الکترون تولید میکنند! و الکترون تولید شده را از میان "پوسته‌ی سلول" به بیرون جریان میدهند.

 

یعنی هر یک از این سلول‌های منبع بسیار ریزی برای تولید الکتریسیته هستند. و این الکتریسیته، همان انرژی مورد نیاز آنها برای بقا است.

 

از مدتها پیش دانشمندان بر روی مهار و بهره‌گیری از این باکتریها در "سلول‌های سوختی"، "تصفیه‌ی فاضلاب" و کاربردهای اینچنینی دیگر، کار کرده‌اند.

 

مشکل اساسی در این کار شناسایی و اندازه‌گیری "میزان توانایی باکتری در تولید الکتریسیته" و جداسازی گونه‌های کارآمدتر آنها از انبوه گونه‌های دیگر است.

 

روش‌های جداسازی سلولی کنونی، بر پایه‌ی سنجش پروتئینی به نام EET در سلول است که دقتی در حد تشخیص سلول‌های بزرگی چون سلول‌های پستانداران از همدیگر است و برای نمونه میتواند سلول‌های قورباغه را از پرنده، تشخیص داده و جداسازی کند. ولی این روش‌ها برای سلول‌های این باکتری‌ها که بسیار ریز‌تر هستند کارآمد نیستند.

 

از طرفی پرورش "باکتری‌های الکتریسیته ساز" در آزمایشگاه نیز بسیار سخت و پرهزینه است.

 

خوش خبریم بگوییم که دانشمندان دانشگاه MIT به روشی کارآمد برای تشخیص و جداسازی این باکتریها دست یافته‌اند.

 

دانشمندان در ۱۰ سال گذشته بر روی تراشه‌‌ای کار کرده‌اند که بر روی آن کانال‌های ریزی جانمایی شده است.

 

میانه‌ی این کانال‌ها، درست مانند ساعت شنی است و به اندازه‌ی ۱۰۰ بار از بقیه‌ی کانال باریکتر است.

 

هنگامی که تراشه بر سراسر این کانال ولتاژ اعمال کند، سلول‌ها در طول کانال به حرکت در می‌آیند.

 

در بخش تنگ‌تر کانال میدان الکتریکی فشرده شده و ۱۰۰ برابر قویتر  است.

 

به خاطر شیب میدان الکتریکی در این کانال، پدیده‌ای به نام "دی الکتروفورز" Dielectrophoresis بروز میکند.  این پدیده در برابر (برضد) حرکت سلول‌ها عمل میکند و حرکت آنها را کند کرده و یا متوقف میکند.

 

اینکه سلول در چه ولتاژی متوقف شود، به ویژگیهای پروتئین پوسته‌ی آن بستگی دارد.

 

پس با تغییر ولتاژ در کانال، میتوان سلول‌های گوناگون را جداسازی (غربال) کرد!

 

این گام بسیار مهمی برای کاربردی کردن باکتریهای الکتریسیته ساز است و ما را به خانه‌ها و سیستم‌های تصفیه‌ای که انرژی خود را از باکتریها بگیرند نزدیکتر میکند.

 

تازه‌ترین یافته‌های این پژوهش در ۲ ژانویه‌ی ۲۰۱۹ در ژورنال SCIENCE ADVANCES منتشر شده است.