Engineered bacteria that self-assemble bioglass polysilicate coatings display enhanced light focusing

生物矿化 合成生物学 纳米技术 结构着色 材料科学 细菌 光子学 光子晶体 化学工程 光电子学 生物 生物信息学 遗传学 工程类
作者
Lynn M. Sidor,Michelle M. Beaulieu,Ilia L. Rasskazov,B. Cansu Acarturk,Jie Ren,Emerson Jenen,Lycka Kamoen,María Vázquez Vitali,P. Scott Carney,Greg Schmidt,Wil V. Srubar,Elio A. Abbondanzieri,Anne S. Meyer
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (51)
标识
DOI:10.1073/pnas.2409335121
摘要

Cutting-edge photonic devices frequently rely on microparticle components to focus and manipulate light. Conventional methods used to produce these microparticle components frequently offer limited control of their structural properties or require low-throughput nanofabrication of more complex structures. Here, we employ a synthetic biology approach to produce environmentally friendly, living microlenses with tunable structural properties. We engineered Escherichia coli bacteria to display the silica biomineralization enzyme silicatein from aquatic sea sponges. Our silicatein-expressing bacteria can self-assemble a shell of polysilicate “bioglass” around themselves. Remarkably, the polysilicate-encapsulated bacteria can focus light into intense nanojets that are nearly an order of magnitude brighter than unmodified bacteria. Polysilicate-encapsulated bacteria are metabolically active for up to 4 mo, potentially allowing them to sense and respond to stimuli over time. Our data demonstrate that synthetic biology offers a pathway for producing inexpensive and durable photonic components that exhibit unique optical properties.

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