在他們最新的工程技術(shù)中，史蒂文斯理工學院的研究人員從一家雜貨店采購了一種普通的白色紐扣蘑菇，并使其成為仿生的，用三維打印的藍藻菌群增壓，產(chǎn)生電和石墨烯納米帶的漩渦，可以收集當前。

“在這種情況下，我們的系統(tǒng) - 這種仿生蘑菇 - 產(chǎn)生電力，”史蒂文斯機械工程助理教授Manu Mannoor說。“通過整合能夠產(chǎn)生電能的藍細菌，以及能夠收集電流的納米級材料，我們能夠更好地獲得兩者的獨特屬性，增強它們，并創(chuàng)建一個全新的功能性仿生系統(tǒng)。”

藍藻的產(chǎn)生能力在生物工程界廣為人知。然而，研究人員僅限于在生物工程系統(tǒng)中使用這些微生物，因為藍藻在人工生物相容性表面上不能存活很長時間。Mannoor和Sudeep Joshi是他實驗室的博士后研究人員，他想知道白蘑菇是否可以提供適當?shù)沫h(huán)境 - 營養(yǎng)，水分，pH和溫度 - 藍藻可以生產(chǎn)藍藻，這些蘑菇天然存在豐富的微生物群而非藍藻。電力較長時間。

Mannoor和Joshi表示，當放置在白色紐扣蘑菇的蓋子上時，藍藻細胞持續(xù)數(shù)天，而硅膠和死蘑菇作為合適的對照。“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)生藍藻的先進功能，”Joshi說。“我們首次展示了混合系統(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使用基于機械臂的3D打印機首先打印含有石墨烯納米帶的“電子墨水”。這種印刷的分支網(wǎng)絡(luò)通過像納米探針一樣充當蘑菇帽頂部的電力收集網(wǎng)絡(luò)，以獲取藍藻細胞內(nèi)產(chǎn)生的生物電子。Mannoor解釋說，想象一下針頭插入單個細胞內(nèi)以獲取其內(nèi)部的電信號。

接下來，他們將包含藍細菌的“生物墨水”以螺旋圖案印刷到蘑菇帽上，所述螺旋圖案在多個接觸點處與電子墨水相交。在這些位置，電子可以通過藍細菌的外膜轉(zhuǎn)移到石墨烯納米帶的導電網(wǎng)絡(luò)。照亮了蘑菇，激活了藍藻的光合作用，產(chǎn)生了光電流。

除了在工程共生狀態(tài)下長壽的藍細菌外，Mannoor和Joshi表明這些細菌產(chǎn)生的電量可以根據(jù)它們的密度和排列方式而變化，這樣它們就會密集在一起，他們生產(chǎn)的電力越多。通過3D打印，可以組裝它們，以便使用實驗室移液器將其發(fā)電活性提高八倍于鑄造藍藻。

最近，一些研究人員以不同的空間幾何圖案打印出3D打印的細菌細胞，但Mannoor和Joshi以及合著者Ellexis Cook不僅是第一個將其模式化以增強其發(fā)電行為而且將其整合到開發(fā)功能仿生體系結(jié)構(gòu)。

“通過這項工作，我們可以想象下一代生物混合應(yīng)用的巨大機會，”Mannoor說。“例如，一些細菌可以發(fā)光，而其他細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整合，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)計生物混合物。”