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(gòu)買(mǎi)了一種普通的白色紐扣蘑菇，并使其仿生，通過(guò)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(bào)》上的工作聽(tīng)起來(lái)可能像《愛(ài)麗絲夢(mèng)游仙境》中的內(nèi)容，但混合動(dòng)力是更廣泛努力的一部分，以更好地提高我們對(duì)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(lái)為國(guó)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(shuō)：“在這種情況下，我們的系統(tǒng)——這種仿生蘑菇——可以發(fā)電。“通過(guò)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(gè)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(zhǎng)時(shí)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(yíng)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(lái)代替藍(lán)藻。權(quán)力長(zhǎng)久。
Mannoor和Joshi說(shuō)，當(dāng)放在白按鈕蘑菇的蓋子上時(shí)，藍(lán)藻細(xì)胞會(huì)持續(xù)幾天，硅膠和死蘑菇是合適的對(duì)照。喬希說(shuō)：“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(jí)功能?！拔覀兪状握故玖嘶旌舷到y(tǒng)可以在兩個(gè)不同的微生物王國(guó)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(gè)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(shuō)，想象一下，將一根針插入單個(gè)細(xì)胞以獲取內(nèi)部電信號(hào)。
接下來(lái)，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(gè)接觸點(diǎn)與電子墨水相交。在這些位置，電子可以通過(guò)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(zhǎng)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(huì)密集地聚集在一起，產(chǎn)生的電就越多。通過(guò)3D打印，可以將它們組裝起來(lái)，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(duì)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(kāi)發(fā)中。
Mannoor說(shuō)：“通過(guò)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(huì)?！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(guò)將這些微生物與納米材料無(wú)縫集成，我們可以為環(huán)境、國(guó)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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