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用一束光让细菌“干活”

未来你用的手机屏可能是细菌生产

记者 高萌

    日前,中国科学家有了最新发现:用一束蓝光就可以让细菌“打工”画纳米电路。长江日报记者采访到该技术发明团队主导人上海科技大学助理教授、研究员钟超,揭秘这背后的故事。

    “我们利用大肠杆菌时空可控地搬运量子点这是国际上首次。”钟超说,让细菌来当搬运工、粉刷匠,是合成生物学的一个重要突破。基于这一技术,中国科学家所构建和证明的几个应用皆属全球首次。这也意味着,未来你用的手机屏可能是细菌生产的。

    “细菌造”手机屏量子点布阵更加精细

    大肠杆菌是人们日常生活中最常遇到的细菌,棒状,寄居在每个人的肠道里。钟超主导完成的这一研究,就是让大肠杆菌成为把细小的量子点刷成涂层的“粉刷匠”“搬运工”。

    该研究的论文日前发表在国际学术期刊《先进材料》上,并入选当期内封面文章,获其官网重点推荐。钟超告诉长江日报记者:“这一研究是模拟天然动态自组装的一个重要尝试,让天然的细菌代替人工干活。”

    该技术即通过一束蓝光照射,让大肠杆菌自动听其指挥“干活”,搬运、排列量子点。蓝光出现时,它们就动起来;如果没有蓝光出现,这些大肠杆菌就“安静”地生长。想要什么图案、什么形状的量子点涂层,就可以给“蓝光”编程,形成不同的光控方案。

    试想下,将无数个纳米大小的量子点根据设计,均匀地沉积在基底上形成涂层,这是个不小的技术难度。以往,传统的方法是光刻、磁控溅射、蒸镀等。

    “中国科学家率先开发出光控技术,让大肠杆菌来当搬运工、粉刷匠,实现了对量子点更加精细布阵,其最小布阵精度已可达100μm(微米,一百万分之一米)。”钟超这样告诉长江日报记者,这也意味着,未来手机屏可能是由细菌“打工”产生的。

    量子点就像一个个葫芦

    挂在“毯子”上形成涂层

    为什么大肠杆菌能“听蓝光的话”?钟超向长江日报记者解释:“我们在大肠杆菌中加入了人工光控基因环路,用以控制生物被膜的表达。”

    他介绍,当蓝光照射时,大肠杆菌的光控基因被激活,因而能够“听话”,“吐”大量的生物膜蛋白;如果没有蓝光出现,大肠杆菌就一直不分泌生物膜蛋白,一直不形成被膜。“这项技术在纳米尺度上可以调控得非常精细,显微镜下,量子点排列得非常规整,而非堆在一起”。

    大肠杆菌为什么可以搬运量子点,是吃进去吗?显然不是。钟超带领的研究团队通过基因操作,对大肠杆菌分泌的生物膜蛋白进行了一项“手术”,大肠杆菌变成了智能细菌,能够自发识别、“捆绑”量子点。

    钟超说,当大肠杆菌分泌生物膜蛋白形成生物被膜时,量子点就像一个个葫芦一样,挂在生物被膜这个“毯子”的细丝或藤蔓上,形成涂层。

    因为生物膜蛋白首先组成纤维,纤维再排列形成被膜。量子点在纤维上排列得非常规则、均匀。不用担心细菌危害人体健康

    产品制造成功可灭菌

    钟超表示,目前他们的方法还没有应用于实际生产,但是他们提出的基于生物被膜的纳米器件构造方式,为未来在这方面的应用打开了一扇大门,“带给人们极大的想象空间”。

    他说,目前来看,这项技术有很多亮点,比如,操作简单、易于大规模生产。不仅在平面的硅片,还是在柔性或者不规则的基底表面,大肠杆菌都可绘制纳米电路图等。除此以外,钟超团队已经证明这项技术在生物电子、光电器件、生物催化和可穿戴设备方面具有潜在的应用价值。

    “我们对于这项技术在传统电子工业上还是非常看好,除此以外我们非常看好这项技术在人工光合作用上的应用,这是我们的长远目标。”钟超说。

    未来,由智能细菌“打工”制造的成品,如何避免“细菌工人”对人体健康造成危害?钟超表示大可不必担心。“在成品中,也可以用灭菌的方法,杀死大肠杆菌,或者换用益生菌。甚至在经过相应的灭菌和封装之后,最后将大肠杆菌除掉。有了这些保障,不会对人体健康造成危害”。

    什么是量子点

    量子点被称为“人工原子”,是纳米级的半导体材料颗粒,备受人们关注,正逐渐被应用于生物医药、光电设备等领域。

    含有量子点材料的QLED,因其成本更低、色彩饱和度更高等特性,被认为可能是下一代手机屏幕、电视屏幕,将取代iphoneX等新款手机使用的OLED屏。

    这些新的手机、太阳能面板的优越性能都依赖于均匀的量子点涂层。

    整理/高萌 制图/方磊