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'仿生蘑菇'融合了纳米技术 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一家杂货店采购了一种普通的白色纽扣蘑菇,并使其成为仿生的,用三维打印的蓝藻细菌增殖,产生电和石墨烯纳米带的漩涡,可以收集当前。这项工作在11月7日的“纳米快报”上发表,可能听起来像是爱丽丝梦游仙境中的一些东西,但杂交种是更广泛努力的一部分,以更好地提高我们对细胞生物机械的理解以及如何使用那些错综复杂的分子齿轮和杠杆,为国防,医疗保健和环境制造新技术和有用的系统。

“在这种情况下,我们的系统 - 这种仿生蘑菇 - 产生电力,”史蒂文斯机械工程助理教授Manu Mannoor说。“通过整合能够产生电能的蓝细菌和能够收集电流的纳米级材料,我们能够更好地获得两者的独特性质,增强它们,并创造一个全新的功能性仿生系统。”蓝藻的发电能力在生物工程界广为人知。然而,研究人员一直限制在生物工程系统中使用这些微生物,因为蓝藻在人工生物相容性表面上不能存活很长时间。Mannoor和Sudeep Joshi是他实验室的博士后研究人员,他想知道白蘑菇是否可以提供适当的环境 - 营养,水分,pH和温度 - 蓝藻可以生产蓝藻。电力较长时间。

Mannoor和Joshi表示,当放置在白色纽扣蘑菇的盖子上时,蓝藻细胞会持续数天,而硅胶和死蘑菇则作为合适的对照。“这些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先进功能,”Joshi说。“我们首次展示了混合系统可以在两个不同的微生物王国之间进行人工合作或工程共生。”Mannoor和Joshi使用基于机械臂的3D打印机首先打印含有石墨烯纳米带的“电子墨水”。这种印刷的分支网络通过像纳米探针一样充当蘑菇帽顶部的电力收集网络,以获取蓝藻细胞内部产生的生物电子。Mannoor解释说,想象一下针刺入单个细胞内以获取其内部的电信号。

接下来,他们将含有蓝细菌的“生物墨水”以螺旋图案印刷到蘑菇帽上,所述螺旋图案在多个接触点处与电子墨水相交。在这些位置,电子可以通过蓝细菌的外膜转移到石墨烯纳米带的导电网络。在蘑菇上发光,激活蓝藻光合作用,产生光电流。除了在工程共生状态下长寿的蓝细菌外,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而变化,这样它们的密集程度就越高,他们生产的电力越多。通过3D打印,可以组装它们,以便使用实验室移液器将其发电活性提高八倍于铸造的蓝细菌。

最近,一些研究人员已经在不同的空间几何图案中打印出3D打印的细菌细胞,但是Mannoor和Joshi以及合着者Ellexis Cook不仅是第一个将其模式化以增强其发电行为而且还将其整合到开发功能性仿生建筑。“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,”Mannoor说。“例如,一些细菌可以发光,而其他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整合,我们可以为环境,国防,医疗保健和许多其他领域实现许多其他令人惊叹的设计生物混合物。”

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