中国科学家打一束光 让细菌“打工”画纳米电路

不是。

钟超带领的研究团队通过基因操作，对大肠杆菌分泌的一种蛋白——CsgA进行了修饰，使CsgA蛋白能够识别、结合经过金属配位化学修饰的无机纳米材料“量子点”。

这就建立了大肠杆菌与量子点的联系。当大肠杆菌分泌CsgA蛋白形成生物被膜时，量子点就连在CsgA蛋白上，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。

钟超表示，因为CsgA蛋白首先组成纤维，纤维再排列形成被膜。一个纤维的亚单位——CsgA蛋白——识别一个纳米颗粒。因此，量子点在纤维上排列得非常规则，而非堆在一起。通过显微镜可以看到，量子点涂层非常规整。

随着生物被膜一层层增厚，量子点涂层可以随之叠加。研究人员可以按照时间顺序，定量加入不同的量子点，如红色的CdSeS @ ZnS量子点、绿色的CdZnSeS @ ZnS量子点、蓝色的CdZnS @ ZnS量子点等，以形成不同的涂层，并按照设计“图纸”，叠合在一起。

光为什么可以指挥大肠杆菌

当研究人员给蓝光时，钟超团队改造的大肠杆菌才会分泌CsgA蛋白，生成被膜，否则就一直不分泌CsgA蛋白，一直不形成被膜。

所以，想要什么图案、什么形状的涂层，就可以反推出对应的光控方案。

他们“打印”了一个镂空的球体，还“打印”了上海科技大学的logo。

钟超说，该技术在纳米尺度上可以调控得非常精细。在显微镜下，量子点排列得非常规整，而非堆在一起。因为，CsgA蛋白首先组成纤维，纤维再排列形成被膜。

钟超表示，生物被膜非常特殊的一点是具有超强的粘附性。即使在最“光滑”的“不粘锅”涂层——特氟龙（聚四氟乙烯，PTFE）上，大肠杆菌也可以形成薄薄的生物被膜。它不只是可以贴在平面上，在圆筒等弯曲的三维平面上，大肠杆菌也可以排兵布阵，生成量子点涂层。

据钟超介绍，早在2014年，美国麻省理工学院研究团队曾报道过用修饰过CsgA来偶联金纳米颗粒和量子点，并创建了一种环境响应型生物膜电气开关。但2014年的这一方法是在生物被膜生成之后，再加入金纳米颗粒或量子点。由于纳米颗粒无法渗透进入紧密的生物被膜内容，因此，绑定效率较低，无法满足更大规模生产的需要。

而且，2014年的这一方法中的诱导（或调控）过程仅仅依赖于小分子， 因此无法实现在时间和空间尺度上动态调控纳米颗粒的自组装。

钟超团队的方法将金纳米颗粒和量子点从一开始就加入到大肠杆菌的培养环境中，一般而言，其调控难度更大。但钟超团队通过“给蓝光”的光控编程，能够在时间和空间上实现极其精细地控制。这些听从蓝光指挥的大肠杆菌都事先经过基因改造，只有蓝光出现时，它们才分泌出“修饰过的CsgA蛋白”，产生生物被膜。如果没有蓝光出现，这些大肠杆菌就“安静”地生长，不产生被膜。

也正是因为一开始就加入了金纳米颗粒和量子点等，大肠杆菌对这些纳米颗粒的组装，与大肠杆菌自身生物被膜的生产组装紧密相连，绑定效率因此大大提高，容易实现大规模的生产。

钟超团队首次以量子点等纳米颗粒为原料，用细菌完成了三维立体的精巧形状和图案。

“我们这种方法能够实现单种和多种纳米颗粒在二维和三维基底表面上更复杂、更大规模的自组装。”钟超说。

此外，生物被膜耐高温、抗酸碱，非常稳定，区别于一般的蛋白材料。钟超研究团队提出，这项动态纳米物件自组装方法在生物电子、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。

该技术创造出的活体功能材料，可能应用于人工光合作用体系、燃料电池等领域。

“量子点涂层接受到太阳光后，会产生电子。涂层下细菌接受这些电子，然后产生氢气等，成为燃料电池。”

钟超表示，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。这些都带给人们极大的想象空间。