研究人員利用原子力顯微鏡多樣化的功能模塊對由硫還原地桿菌（Geobacter sulfurreducens）組成的生物薄膜進(jìn)行了納米級的表征。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)處于一定電場中時，這種細(xì)菌生產(chǎn)的蛋白質(zhì)納米線要比正常狀態(tài)下具有更高的導(dǎo)電性以及剛度。而如果細(xì)菌處于酸性環(huán)境，則這一特性可以被進(jìn)一步增強(qiáng)。

具有電學(xué)活性的活體材料具有很好的發(fā)展前景，可以應(yīng)用于帶有自我復(fù)制功能的生物相容電子器件。但是目前已知的只有少數(shù)的生物系統(tǒng)可以用于轉(zhuǎn)移電荷，且具體的傳導(dǎo)機(jī)理仍未完全確定。

來自耶魯大學(xué)（Yale University）的研究人員以硫還原地桿菌（Geobacter sulfurreducens），一種常見的土壤細(xì)菌，作為樣本研究了這一熱點問題。此前的研究表明，這種細(xì)菌的導(dǎo)電特性是利用了由蛋白質(zhì)OmcS組成的導(dǎo)電納米線來轉(zhuǎn)移在呼吸過程中產(chǎn)生的過剩電子。然而，耶魯大學(xué)的工作人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)硫還原地桿菌生物薄膜處于一定電場中時，它們產(chǎn)生的納米線是由另一種蛋白質(zhì)OmcZ組成的。

研究人員利用了AFM原子力顯微鏡全面的功能模塊，分別對納米線的結(jié)構(gòu)、納米電學(xué)以及納米力學(xué)特性進(jìn)行了表征。他們發(fā)現(xiàn)OmcZ納米線的導(dǎo)電性和剛度分別是OmcS納米線的1000倍和3倍。而當(dāng)他們降低pH值時，OmcZ納米線的導(dǎo)電性和剛度甚至有了進(jìn)一步的提升，同時這也意味著當(dāng)納米線處于通常會降解蛋白質(zhì)的酸性環(huán)境中時，仍能保持功能性。

由于這種納米線具備著將機(jī)械和化學(xué)刺激轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號的能力，再加上文中發(fā)現(xiàn)的納米線的優(yōu)越性能，它們可以被應(yīng)用于新型耐用的、具有自愈功能的生物型電子器件中。

參考文獻(xiàn): S. Yalcin, J. O’Brien, Y. Gu et al., Electric field stimulates production of highly conductive microbial OmcZ nanowires. Nat. Chem. Biol. 16, 1136 (2020). https://doi.org/10.1038/s41589-020-0623-9