Zijn biologische materialen slechte geleiders?

Een wereld zonder elektriciteit, we kunnen het ons niet meer voorstellen. Geen laptops, espressomachines of smartphones. Voor het vervoeren van die elektriciteit, hebben we geleiders nodig – en om die te creëren heb je veel energie en zeldzame metalen nodig. Resultaat? Veel afval. De impact op onze planeet is groot. Tot voor kort gingen wetenschappers er vanuit dat biologische – en dus: bio-afbreekbare – materialen slechte geleiders zijn van elektriciteit. Maar na een ontdekking op de zeebodem, bereikte het onderzoeksteam van Filip Meysman (dept. Biologie) een heuse doorbraak.

 

Wat zijn ‘goede geleiders’?

 

De maatstaf voor een ‘goede’ geleider is een meting van de elektrische weerstand van het materiaal. Goed geleidende materialen, zoals metalen, hebben een lage weerstand. Over het algemeen scoren biologische materialen niet goed; ze hebben een te hoge weerstand.

 

Superdunne kabeltjes 

 

Enkele jaren geleden ontdekten wetenschappers voor het eerst kabelbacteriën in de zeebodem. Dat zijn bacteriën van wel 10.000 cellen aan elkaar. Centimeters lang, maar honderd keer dunner dan de haren op je hoofd.  

 

Op dezelfde plekken waar die kabelbacteriën gevonden werden, liepen telkens elektrische stromen door de zeebodem. Onderzoekers vermoedden daarom dat kabelbacteriën elektrische stroom kunnen geleiden, net zoals koperdraad. Maar dat bewijzen? Dat bleek moeilijk: kabelbacteriën sterven zodra ze blootgesteld worden aan lucht. 

 

Een ongelooflijke ontdekking

 

Enter het onderzoeksteam van Filip Meysman. Hun onderzoek aan de Universiteit Antwerpen zorgde voor een doorbraak. Zijn team ontwikkelde een piepkleine voltmeter, een meetinstrument om elektrische spanning te meten. Ze klemden de meter vast aan een lange kabelbacterie en konden zo elektrische stroom meten over een afstand van iets meer dan één centimeter. Het allereerste bewijs ooit dat kabelbacteriën elektriciteit kunnen geleiden! 

Maar de resultaten van de meting, die waren pas echt verbluffend. De kabelbacteriën bleken eiwitdraden te bevatten die extreem geleidend zijn. Zelfs beter dan de materialen waarmee computerchips gemaakt worden! “Dat is heel straf, want biologische materialen zijn doorgaans dus zeer slechte geleiders”, zegt Meysman.

 

“De afstand waarover biologisch elektronentransport plaatsvindt, had tot nu toe als record ongeveer 1 micrometer (een tienduizendste van een centimeter)”, legt Meysman uit. “Kabelbacteriën hebben een mechanisme gevonden om ladingen efficiënt te transporteren over afstanden van centimeters.” De weerstand van de vezels in deze kabelbacteriën is zo’n miljoen keer lager dan die van het best geleidende biomateriaal dat tot nu toe bekend was.

 

Kabelbacteriën in je gsm… en je lichaam?

 

Kabelbacteriën in de zeebodem hebben dus een speciaal en uniek vezelmateriaal ontwikkeld, waardoor je heel efficiënt elektrische signalen kan sturen. Ondertussen onderzoekt het team de structuur van de moleculen die voor de “supergeleiding” zorgen. Dat is cruciaal om die supervezels te kunnen gebruiken in nieuwe materialen en technologieën.

 

Revolutie

 

Neem bijvoorbeeld de smartphone. “Nu heb je veel energie en zeldzame metalen nodig om zo’n gsm te produceren. Vaak komen die telefoons al na enkele jaren op de afvalberg terecht. Tweemaal slecht voor het milieu, dus”, vertelt Meysman. “Maar stel dat we de supervezels van kabelbacteriën zouden kunnen gebruiken als geleiders in onze smartphones… Die vezels zijn biologisch afbreekbaar én je hebt geen fossiele brandstoffen nodig om ze te produceren.”

 

Deze ontdekking zou met andere woorden een enorme revolutie in de strijd voor een leefbare planeet kunnen betekenen. Voorlopig is dat nog allemaal toekomstmuziek, maar het onderzoeksteam van Meysman werkt volop aan de volgende doorbraak.

 

Visueel geheugen? Benjamin, student aan UAntwerpen, legt het uit in een korte video. Meer informatie over de kabelbacterie vind je op de onderzoekswebsite.