仿生蘑菇結(jié)合了納米技術(shù)細(xì)菌和真菌

在他們最新的工程技術(shù)中，史蒂文斯理工學(xué)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(lán)藻菌群加壓，產(chǎn)生電和石墨烯納米帶的渦流，可以收集當(dāng)前的情況。

這項(xiàng)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(nèi)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(xì)胞生物機(jī)械的理解，以及如何使用那些復(fù)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(shù)和有用的系統(tǒng)。

史蒂文斯大學(xué)機(jī)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(lán)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(dú)特的屬性，增強(qiáng)它們，創(chuàng)造一個全新的功能仿生系統(tǒng)?！?

產(chǎn)生藍(lán)細(xì)菌的能力在生物工程領(lǐng)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?yàn)樗{(lán)細(xì)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(shí)驗(yàn)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(lán)藻能產(chǎn)生藍(lán)藻，而這些蘑菇自然有豐富的微生物區(qū)系來代替藍(lán)藻。權(quán)力長久。

Mannoor和Joshi說，當(dāng)放在白按鈕蘑菇的蓋子上時，藍(lán)藻細(xì)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(zhì)，具有滋養(yǎng)能量產(chǎn)生藍(lán)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(jìn)行人工協(xié)作或工程共生?！?

Mannoor和Joshi首先用基于機(jī)械臂的3D打印機(jī)打印了含有石墨烯納米帶的“電子墨水”。這個印刷的分支網(wǎng)絡(luò)像納米探針一樣作為蘑菇帽頂部的電力收集網(wǎng)絡(luò)，以獲取藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞中產(chǎn)生的生物電子。曼諾解釋說，想象一下，將一根針插入單個細(xì)胞以獲取內(nèi)部電信號。

接下來，他們將含有藍(lán)細(xì)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(diǎn)與電子墨水相交。在這些位置，電子可以通過藍(lán)藻的外膜轉(zhuǎn)移到石墨烯納米帶的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中。照亮蘑菇，激活藍(lán)細(xì)菌的光合作用，并產(chǎn)生光電流。

除了在工程共生中長壽的藍(lán)細(xì)菌之外，Mannoor和Joshi還表明，這些細(xì)菌產(chǎn)生的電可以根據(jù)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(chǎn)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(shí)驗(yàn)室移液器鑄造的藍(lán)藻細(xì)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(xì)菌細(xì)胞，但Mannoor、Joshi和合著者Ellexis Cook不僅率先對它們進(jìn)行建模，以增強(qiáng)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(xiàng)工作，我們可以想象下一代生物雜交應(yīng)用的巨大機(jī)會?！袄?，一些細(xì)菌可以發(fā)光，而另一些細(xì)菌可以感知毒素或產(chǎn)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(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)許多其他令人驚嘆的設(shè)計(jì)生物混合物?！?

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