在他們最新的工程技術中，史蒂文斯理工學院的研究人員從一家雜貨店購買了一種普通的白色紐扣蘑菇，并使其仿生，通過三維打印的藍藻菌群加壓，產生電和石墨烯納米帶的渦流，可以收集當前的情況。
這項發(fā)表在11月7日《納米快報》上的工作聽起來可能像《愛麗絲夢游仙境》中的內容，但混合動力是更廣泛努力的一部分，以更好地提高我們對細胞生物機械的理解，以及如何使用那些復雜的分子齒輪和杠桿來為國防、醫(yī)療保健和環(huán)境創(chuàng)造新技術和有用的系統(tǒng)。
史蒂文斯大學機械工程助理教授Manu Mannoor說：“在這種情況下，我們的系統(tǒng)——這種仿生蘑菇——可以發(fā)電?！巴ㄟ^整合可以發(fā)電的藍藻和可以收集電流的納米材料，我們可以更好地獲得它們獨特的屬性，增強它們，創(chuàng)造一個全新的功能仿生系統(tǒng)?！?
產生藍細菌的能力在生物工程領域是眾所周知的。然而，研究人員只在生物工程系統(tǒng)中使用這些微生物，因為藍細菌不能在人工生物相容性表面上長時間存活。曼諾和蘇迪普喬希是他實驗室的博士后研究人員。他想知道白蘑菇是否能提供合適的環(huán)境——營養(yǎng)、水分、酸堿度和溫度——藍藻能產生藍藻，而這些蘑菇自然有豐富的微生物區(qū)系來代替藍藻。權力長久。
Mannoor和Joshi說，當放在白按鈕蘑菇的蓋子上時，藍藻細胞會持續(xù)幾天，硅膠和死蘑菇是合適的對照。喬希說：“蘑菇基本上是一種合適的環(huán)境基質，具有滋養(yǎng)能量產生藍藻的高級功能?！拔覀兪状握故玖嘶旌舷到y(tǒng)可以在兩個不同的微生物王國之間進行人工協(xié)作或工程共生。”
Mannoor和Joshi首先用基于機械臂的3D打印機打印了含有石墨烯納米帶的“電子墨水”。這個印刷的分支網絡像納米探針一樣作為蘑菇帽頂部的電力收集網絡，以獲取藍細菌細胞中產生的生物電子。曼諾解釋說，想象一下，將一根針插入單個細胞以獲取內部電信號。
接下來，他們將含有藍細菌的“生物墨水”以螺旋圖案打印在蘑菇帽上，該圖案在幾個接觸點與電子墨水相交。在這些位置，電子可以通過藍藻的外膜轉移到石墨烯納米帶的導電網絡中。照亮蘑菇，激活藍細菌的光合作用，并產生光電流。
除了在工程共生中長壽的藍細菌之外，Mannoor和Joshi還表明，這些細菌產生的電可以根據它們的密度和排列而變化，這樣它們就會密集地聚集在一起，產生的電就越多。通過3D打印，可以將它們組裝起來，使它們的發(fā)電活性比使用實驗室移液器鑄造的藍藻細菌提高8倍。
最近，一些研究人員打印了具有不同空間幾何圖案的3D打印細菌細胞，但Mannoor、Joshi和合著者Ellexis Cook不僅率先對它們進行建模，以增強它們的發(fā)電行為，還將其整合到功能仿生建筑的開發(fā)中。
Mannoor說：“通過這項工作，我們可以想象下一代生物雜交應用的巨大機會?！袄?，一些細菌可以發(fā)光，而另一些細菌可以感知毒素或產生燃料。通過將這些微生物與納米材料無縫集成，我們可以為環(huán)境、國防、醫(yī)療保健和許多其他領域實現(xiàn)許多其他令人驚嘆的設計生物混合物。”
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