Year: 2026
Type: dissertation
Abstract: Ilmastonmuutoksen hillitseminen edellyttää kestäviä ratkaisuja energiantuotantoon. Biotekniikan alalla yksi kehityksessä oleva keino vihreän energiasiirtymään tukemiseen voi olla keinotekoinen fotosynteesi. Fotosynteesissä auringon valoenergiaa muunnetaan kemialliseksi energiaksi. Keinotekoisen fotosynteesin sovelluksissa voidaan käyttää erilaisia synteettisiä materiaaleja valoenergian absorboimiseksi ja energian muuntamiseksi käyttökelpoiseen ja säilytettävään muotoon. Tämä kandidaatintyö on kirjallisuuskatsaus bakteerihybrideistä, joissa bakteereiden aineenvaihduntaa pyritään tehostamaan kiinnittämällä bakteereihin orgaanisia puolijohteita. Työn tavoitteena oli selvittää minkälaisia orgaanisia puolijohteita bakteereihin voidaan yhdistää ja miten bakteerihybridi toimii kokonaisuutena. Työssä tarkastellaan neljää erilaista bakteerihybridiä. Puolijohteella pinnoitettu bakteeri saa puolijohteelta valon fotonien virittämiä elektroneja, ja siten enemmän energiaa käyttöönsä pelkistysvoiman muodossa monivaiheisen reaktioketjun myötä. Tutkimusten perusteella bakteereihin voidaan yhdistää orgaanisista polymeereista valmistettuja alle 100 nm kokoisia puolijohdehiukkasia. Usein nämä puolijohteet ovat usean eri polymeerin yhdistelmiä. Kokonaisuuteen tarvitaan usein myös jokin muu liuoksessa oleva aine, kuten kysteiini, joka voi luovuttaa elektroneja puolijohteelle, jotta puolijohteelle ei tule elektronivajausta sen luovuttaessa elektroneja bakteerille. Bakteereilla ei välttämättä ole kykyä ottaa elektroneja suoraan vastaan puolijohteelta. Useissa tapauksissa tarvitaan erillinen elektroninkuljettaja puolijohteelta bakteerille, esimerkiksi neutraalipunainen, joka voi hapettua ja pelkistyä. Puolijohdehiukkasiin on lisäksi mahdollista liittää muita aineita, esimerkiksi entsyymejä, jotka katalysoivat bakteerin tuottaman lopputuotteen muuntumista edelleen toiseksi käyttökelpoisemmaksi aineeksi. Orgaaniset polymeerit ovat yleisesti ottaen bioyhteensopivia bakteerisolujen kanssa, sillä niistä voidaan valmistaa pinnaltaan positiivisesti varautuneita ja rakenteellisesti joustavia hiukkasia, jotka pystyvät kiinnittymään bakteerin pinnalle sähköisillä vuorovaikutuksilla. Joissain tapauksissa orgaanisilla puolijohteilla voi myös olla sivuketjuja, jotka pystyvät tunkeutumaan bakteerin solukalvon sisään ja siten luovuttamaan elektronin suoraan bakteerille ilman erillisiä elektroninkuljettajia. Orgaaniset polymeerit ovat puolijohteina erinomaisia, sillä niiden optisia ominaisuuksia voidaan säädellä ja ne ovat rakenteellisesti monipuolisia. Tähän mennessä tutkimukset ovat olleet pienen mittakaavan laboratoriotutkimuksia, mutta niissä on osoitettu, että bakteerin aineenvaihduntaa pystytään merkittävästi tehostamaan puolijohteen avulla valon vaikutuksesta. Bakteerit voivat hyödyntää puolijohteelta saamiaan elektroneja hiilensidonnassa esimerkiksi Calvinin kierrossa ja Wood–Ljungdahlin reitillä. Tulevaisuudessa bakteerihybridien toimintaa voidaan kehittää valmistamalla yhä parempia orgaanisia puolijohteita.
Author: Rokka, Sanna
Institutions: Tampere University, University of Tampere
Language: Finnish
Subfield: Environmental Engineering
Field: Environmental Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7139810697