研究

科学家3D打印仿生蘑菇以产生生物电力

科学家史蒂文斯技术学院,新泽西州,3D印刷了他们所谓的“仿生蘑菇”能够发电。

在一项发表的研究中揭示了纳米字母日记,该团队已经展示了如何将不同生物物种的能力合并为创新应用。

Sudeep Joshi, co-author of the paper and Postdoctoral Fellow at Stevens, said, “We showed for the first time that a hybrid system can incorporate an artificial collaboration, or engineered symbiosis, between two different microbiological kingdoms.”

实验的图形可视化。通过纳米字母的图像
实验的图形可视化。通过纳米字母的图像

Bioelectricity via photosynthesis

蓝细菌是世界上最大的细菌群之一。这些微生物通过光合作用产生能量,科学家发现的能力可以转移到植物王国的其他生物物种中。

先前关于蓝细菌在人工表面的生存能力的研究表明结果差。因此,对于这项研究,研究人员选择使用白色纽扣蘑菇作为底物。

尽管蘑菇缺乏光合作用能力,但其结构可以在其帽子或“绒毛”内维持蓝细菌菌落。作为论文的合着者曼努·曼诺尔(Manu Mannoor),史蒂文斯(Stevens)的机械工程助理教授,他解释了“通过整合可以发电的蓝细菌,纳米级材料能够收集电流,我们能够更好地访问两者的独特属性,增强它们,创建一个全新的功能性仿生系统。”

使用3D打印机白色纽扣蘑菇与蓝细菌殖民,产生能够光合生物电的仿生蘑菇。

白色纽扣蘑菇,带有3D印刷的蓝细菌(绿色)和石墨纳米宾(黑色)。通过美国化学学会的图像
白色纽扣蘑菇,带有3D印刷的蓝细菌(绿色)和石墨烯纳米宾(黑色)。通过美国化学学会的图像

生物打印仿生蘑菇

用来使这种蘑菇光合作用的墨水分别由石墨烯纳米骨(GNR)和蓝细菌细胞。两种墨水都使用改良的F5200N.1紧凑型龙门台面机器人将3D印刷到蘑菇的桩上。费斯纳尔,一家位于威斯康星州流体分配技术的制造商。

在第一步中,GNR的电极网络以斐波那契序列印刷到蘑菇的雨伞上。其次,在电极图案的顶部,蓝质细胞以螺旋模式打印3D。

暴露蘑菇以激活蓝质光合作用。蓝细菌下方印有GNR电极网络收集由蓝细菌细胞产生的电力并产生光电流。

As stated in the paper’s conclusion, “The presently developed 3D printed bionic mushroom architecture is an environment-friendly and green source of photosynthetic bioelectricity with advanced functionality of nourishing the energy producing cyanobacteria,”

“我们认为,本研究中开发的技术也可以扩展到3D打印其他细菌菌落借助智能水凝胶材料来推进仿生整合研究。”

本文讨论的研究标题为通过3D打印的细菌纳米生物学它发表在《 Nano Letters》杂志上,并由Sudeep Joshi,Ellexis Cook和Manu S. Mannoor合着。

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特色图显示了仿生的白色纽扣蘑菇。图片通过纳米字母。