2018年11月13日| 呂丹

史蒂文斯理工學院的研究人員開發出使用石墨烯發電的仿生蘑菇。更準确地說，研究人員在蘑菇的帽子上添加了3D打印的藍細菌簇，使真菌具有發電能力。他們還投入石墨烯納米帶來收集電流。

圖片來源：史蒂文斯理工學院Sudeep Joshi

藍藻的驚人生産能力在生物工程界廣為人知。然而，研究人員一直限制在生物工程系統中使用這些微生物，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是他實驗室的博士後研究員，他想知道蘑菇是否可以為各種細菌提供适當的環境 - 營養，水分，pH和溫度 - 藍藻可以為其提供電力。更長的時期。

“在這種情況下，我們的系統 - 這種仿生蘑菇 - 産生電力，”史蒂文斯機械工程助理教授Manu Mannoor說。“通過整合能夠産生電能的藍細菌和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性質，增強它們，并創造一個全新的功能性仿生系統。”

Mannoor和Joshi表示，當放置在白色紐扣蘑菇的蓋子上時，藍藻細胞會持續數天，而矽膠和死蘑菇則作為合适的對照。“這些蘑菇基本上是一種合适的環境基質，具有滋養能量産生藍藻的先進功能，”Joshi說。“我們首次展示了混合系統可以在兩個不同的微生物王國之間進行人工合作或工程共生。”

為了開發仿生蘑菇，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”。這種印刷的分支網絡通過像納米探針一樣充當蘑菇帽頂部的電力收集網絡，以獲取藍藻細胞内部産生的生物電子。Mannoor解釋說，想象一下針刺入單個細胞内以獲取其内部的電信号。

接下來，他們将含有藍細菌的“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移到石墨烯納米帶的導電網絡。在蘑菇上發光，激活藍藻光合作用，産生光電流。

除了在工程共生狀态下長壽的藍細菌外，Mannoor和Joshi表明這些細菌産生的電量可以根據它們的密度和排列方式而變化，這樣它們的密集程度就越高，他們生産的電力越多。通過3D打印，可以組裝它們，以便使用實驗室移液器将其發電活性提高八倍于鑄造的藍細菌。

“通過這項工作，我們可以想象下一代生物混合應用的巨大機會，”Mannoor說。“例如，一些細菌可以發光，而其他細菌可以感知毒素或産生燃料。通過将這些微生物與納米材料無縫整合，我們可以為環境，國防，醫療保健和許多其他領域實現許多其他令人驚歎的設計生物混合物。”

該團隊的工作出現在Nano Letters期刊上。

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