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碰上这种带电的蘑菇,采蘑菇的小姑娘也要哭

2018-11-09 14:15:21 科界SciMall

碰上这种带电的蘑菇,采蘑菇的小姑娘也要哭

这是一朵仿生白蘑菇。它装配有3D打印的石墨烯纳米带(黑色),可以收集由3D打印的蓝藻(绿色)产生的电能。

《纳米快报》11月7日报道,美国史蒂文斯理工学院(SIT)的研究人员,将普通的白蘑菇成功仿生化——环绕蘑菇的3D打印的石墨烯纳米带,可以收集由3D打印的蓝藻产生的电能。这听起来像是“爱丽丝漫游奇境记”中的故事,但由此获得的技术融合信息将对科学家们深入了解细胞生物机制以及改善医疗技术等产生巨大的推动作用。SIT机械工程助理教授马努·曼努尔(ManuMannoor)说:“我们制造的‘仿生蘑菇’可以发电。这个神奇的蘑菇结合了能够发电的蓝藻和能够收集电能的纳米材料。通过技术融合,我们能够更好地利用蓝藻和纳米材料的独特性质并进行增强,进而创建一个全新的功能性仿生系统。”

蓝藻具有发电的能力,在生物工程界是众所周知的事实。然而,蓝藻在生物工程中的应用却受到限制——它们在人工生物相容的表面上存活时间过短。因此,曼努尔和博士后研究员苏迪普·乔什(SudeepJoshi)转而考虑天然的生物相容表面。他们认为,白蘑菇或许能为蓝藻提供合适的生存环境,让蓝藻能长时间发电。实验结果与他们的预期基本一致,与硅胶和死蘑相比,蓝藻在白蘑菇上的存活时间可以延长数天。乔什说:“从本质上来讲,白蘑菇对蓝藻有滋养功能,是一种适宜的环境基质。我们首次证明了两个不同微生物构成的混合生物系统可以进行人工协作或工程共生。”

曼努尔等首先利用3D打印机制作出石墨烯纳米带并置于白蘑菇的菌伞上。石墨烯纳米带构成的网络像纳米探针一样,可以在蘑菇顶部收集来自蓝藻的生物电子。曼努尔解释说:“这就像探针扎进单个细胞,获取里面的电信号。”接着,他们用含蓝藻的“生物墨水”在蘑菇菌伞进行螺旋状“印制”,以便蓝藻与石墨烯纳米带形成多个接触点。在接触点,电子可以经蓝藻外膜转移至石墨烯纳米带的导电网络。而在白蘑菇上施加光束,就可以激活蓝藻的光合作用,产生持续的光电流了。曼努尔等还发现,蓝藻的发电能力与其分布密度相关。密度越高,蓝藻群的发电能力越强。在3D打印技术的帮助下,蓝藻的发电能力是实验室用移液管操作的8倍左右。

曼努尔说:“通过这项工作,我们可以想象下一代生物混合技术拥有的巨大潜力。例如,一些细菌能发光,而另一些细菌能感知毒素或产生燃料。通过将这些微生物和纳米材料进行有机结合,或许能开发出各种奇特的生物混合产品,用于环境保护、医疗卫生等诸多领域。”

编译:雷鑫宇

审稿:alone

责编:南熙

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