东北大学材料学院《Nature Review M》金属材料的微生物腐蚀

近日，我校材料学院电活性生物材料研究所戴瑞克·拉夫莱教授在国际顶级刊物Nature Review Microbiology（影响因子60.6）发表题为《Electromicrobiology: the ecophysiology of phylogenetically perse electroactive microorganisms》的综述性文章（Nat. Rev. Microbiol., 2021, https://doi.org/10.1038/s41579-021-00597-6）。该论文重点阐明电活性微生物的生理学和系统发育学多样性、电活性微生物群落的细胞外电子传递机制、以及电活性微生物研究在新材料等领域的潜在应用。如图1所示，电活性微生物可应用于环境修复（图1a）和生物能源领域（图1b）。相关研究还为金属材料的腐蚀与防护提供了新的思路（图1c）。拉夫莱教授团队最近发现微生物具有宏量生产导电蛋白纳米线的特性，充分挖掘了其蕴藏在生物器件领域可待开发的巨大潜力（图1d）。导电纳米线这种电活性生物材料具备独特的功能，可广泛应用于生物医疗、环境监测、能源再生、生物兼容性电子器件等领域。

戴瑞克·拉夫莱教授系东北大学柔性引进教授，依托材料学院腐蚀与防护研究中心成立了东北大学电活性生物材料研究所。目前该研究所的主要研究方向为金属材料的微生物腐蚀和导电蛋白纳米线材料。戴瑞克·拉夫莱教授致力于微生物基础研究，是美国微生物学科学院院士、美国科学促进协会会士、中国科学院爱因斯坦讲席教授，在Nature和Science正刊已发表25篇文章，连续15年ESI高被引科学家，世界微生物领域引用排名第一。

图1 电活性微生物研究的应用前景。（a）促进形成U(IV)矿物质沉淀；（b）有机废弃物的厌氧转化；（c）金属材料的腐蚀防护；（d）自充电生物医疗监测器。

电活性生物材料研究所成立一年来，创新性成果不断涌现。该研究所徐大可教授（王福会教授团队）近期首次揭示了不锈钢微生物腐蚀的直接电子传递机制，相关工作以题为“Stainless steel corrosion via direct iron-to-microbe electron transfer by Geobacter species”发表在微生物生态学领域Nature子刊ISME Journal上。金属材料的微生物腐蚀一直是全球未解难题，每年的微生物腐蚀损失高达5000亿美元。虽然微生物腐蚀的研究已有百年历史，但其机理尚不明确。该工作首次证实了微生物可以通过外表面多血红素c型细胞色素OmcS从金属直接获得电子从而导致金属腐蚀的新机制，为微生物腐蚀的监检测和靶向防治提供了重要靶点。徐大可教授课题组2021年以来，围绕金属材料的微生物腐蚀与防护这一研究方向已发表中科院1区论文10篇，以上工作获得中组部万人计划青年拔尖人才项目、国家自然科学基金重点项目等项目的支持。