仿生蘑菇结合纳米技术细菌和真菌

在他们最新的工程技术中，史蒂文斯理工学院的研究人员从杂货店购买了一个普通的白色按钮蘑菇，并将其制成仿生。用三维打印的蓝藻菌群加压，产生了电的漩涡和石墨烯纳米带，可以收集电流。

这项工作发表在11月7日的《纳米快报》上。这听起来可能像《爱丽丝梦游仙境》中的内容，但杂交体是更广泛努力的一部分，旨在更好地改善我们对细胞生物力学的理解，以及如何使用这些复杂的分子齿轮和杠杆来制造国防、医疗保健和环境的新技术和有用系统。

“在这种情况下，我们的系统——这种仿生蘑菇——可以发电，”史蒂文斯机械工程助理教授马努曼诺尔说。“通过整合可以产生电能的蓝藻和可以收集电流的纳米材料，我们可以更好地获得两者的独特属性，增强它们，并创建一个全新的功能仿生系统。”

蓝藻的生产能力在生物工程领域广为人知。然而，研究人员只在生物工程系统中使用这些微生物，因为蓝藻无法在人工生物相容性表面上长时间存活。曼诺尔和苏迪普乔希是他实验室的博士后研究员。他想知道白蘑菇是否能提供合适的环境——营养、水分、酸碱度和温度——蓝藻能产生蓝藻。这些蘑菇自然有丰富的微生物群，而不是蓝藻。电更长。

Mannoor和Joshi说，当放在白纽扣蘑菇的盖子上时，蓝细菌细胞持续了几天，而硅胶和死蘑菇作为适当的对照。“蘑菇基本上是一种合适的环境基质，具有滋养能量产生蓝藻的高级功能，”乔希说。“我们首次证明了杂交系统可以在两个不同的微生物王国之间进行人工协作或工程共生。”

Mannoor和Joshi首先使用基于机械臂的3D打印机打印出了含有石墨烯纳米带的“电子墨水”。这种打印出来的分支网络就像纳米探针一样在蘑菇帽的顶部充当集电网络，以获取蓝藻细胞中产生的生物电子。曼诺尔解释说，想象一根针插入单个细胞，以获取其内部电信号。

接下来，他们将含有蓝藻的“生物墨水”以螺旋图案打印在蘑菇帽上，这种墨水在多个接触点与电子墨水交叉。在这些位置，电子可以通过蓝藻的外膜转移到石墨烯纳米带的导电网络中。照亮蘑菇，激活蓝藻的光合作用，产生光电流。

除了在工程共生状态下长期存活的蓝藻，Mannoor和Joshi表明，这些细菌产生的电量可以根据它们的密度和排列方式进行改变，这样它们就会密集在一起，产生的电量越多。通过3D打印，可以将它们组装起来，使它们的发电活性比用实验室吸管浇铸蓝藻提高8倍。

最近，一些研究人员以不同的空间几何图案打印了3D打印细菌细胞，但Mannoor和Joshi以及合著者Ellexis Cook不仅首次对它们进行建模以增强它们的发电行为，还将其整合到功能仿生建筑的开发中。

“通过这项工作，我们可以想象下一代生物混合应用的巨大机会，”曼诺尔说。“例如，一些细菌可以发光，而另一些细菌可以感知毒素或产生燃料。通过将这些微生物与纳米材料无缝集成，我们可以实现许多其他令人惊叹的设计生物混合物，用于环境、国防、医疗和其他许多领域。”

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