پرینت سه بعدی سیانوباکترها روی قارچ و تولید برق!

پرینت سه بعدی سیانوباکترها روی قارچ های بیونیک باعث تولید برق شد!

در تلاش برای جایگزینی سوخت های فسیلی، دانشمندان همیشه در جستجوی انرژی جایگزین و سازگار با محیط زیست هستند. اما چه کسی تصور قارچ بیونیک را می کرد که بتواند برق تولید کند؟ مانند چیزی است که درست از آلیس در سرزمین عجایب آمده باشد، اما محققان در حال حاضر با استفاده از پرینت سه بعدی، قارچ هایی که با باکتری هایی با قابلیت تولید انرژی و یک شبکه الکترودی ساخته می شوند، تولید کرده اند.  آنها نتایج خود را در مجله ACS Nano Letters در ۷ نوامبر ۲۰۱۸ گزارش داده اند.
محققان موسسه فناوری استیونس، قارچ های بیونیک را تولید کرده اند که از گرافن برای تولید برق استفاده می کنند. به طور دقیق تر، محققان خوشه های پرینت سه بعدی از سیانوباکترها را به کلاه قارچ اضافه کرده اند، که توانایی تولید برق را به قارچ می دهد. آنها همچنین نانوریبون های گرافن را برای جمع آوری جریان جاری قرار داده اند.
توانایی شگفت انگیز سیانوباکترها برای تولید برق به خوبی در محافل زیست محیطی شناخته شده است. با این حال، محققان در استفاده از این میکروب ها در سیستم های زیستی مهندسی محدود شده اند، چرا که سیانوباکترها در طولانی مدت بر روی سطوح مصنوعی سازگار با زیست زنده نمی مانند. Mannoor و دستیار متخصص پوستش Sudeep Joshi، در آزمایشگاه خود، مشتاق بود ببیند آیا قارچ، که به طور طبیعی میزبان یک مجموعه وسیعی از باکتری ها است، می تواند محیط مناسب شامل مواد مغذی، رطوبت، pH  و دما را برای تولید سیانوباکتر ها برای تولید برق در یک دوره طولانی فراهم کند.
استادیار مهندسی مکانیک در استیونز، گفت: “در این مورد، سیستم ما ( این قارچ بیونیک ) برق تولید می کند. با استفاده از یکپارچه سازی سیانوباکترهایی که می توانند برق تولید کنند و با موادی با مقیاس نانو که قادر به جمع آوری جریان هستند، ما توانستیم بهتر به خواص منحصر به فرد هر دوی آنها دسترسی داشته باشیم، آنها را تقویت کنیم و یک سیستم کاملا کاربردی جدید بیونیک ایجاد کنیم.”

سلولهای سیانوباکترها ، زمانی که روی کلاه یک قارچ دکمه ای سفید – پرینت سه بعدی سیانوباکترها –  قرار می گیرند چندین روز بیشتر زنده می مانند تا روی یک سیلیکون و قارچ مرده با کنترل مناسب. جاش می گوید: “قارچ ها اساسا به عنوان بستر زیست محیطی مناسب با عملکرد پیشرفته برای تغذیه سیانوباکترهای تولید کننده انرژی عمل می کنند. ما برای اولین بار نشان دادیم که یک سیستم ترکیبی می تواند یک همکاری مصنوعی یا همزیستی مهندسی بین دو پادشاهی مختلف میکروبیولوژیکی را ایجاد کند.”

برای توسعه قارچ بایونیک خود، مانور و جاش از یک پرینتر سه بعدی رباتیک مبتنی بر بازو تا اول “جوهر الکترونیکی” نانوریبون های گرافن پرینت سه بعدی بگیرند. این شبکه پرینت سه بعدی شده به عنوان یک شبکه جمع آوری الکتریسیته بر روی کلاه قارچ ، برای دسترسی به زیست الکترون های تولید شده در داخل سلول های سیانوباکترها عمل می کند(مانند یک کاوشگر نانو). مانور توضیح می دهد که تصور کنید سوزن ها در یک سلول تک سلولی برای دسترسی به سیگنال های الکتریکی درون آن قرار دارند.

سپس، آنها یک ” جوهر زیستی” حاوی سیانوباکترها را بر روی کلاه قارچ در یک الگوی مارپیچ متقابل با جوهر الکترونیکی در نقاط مختلف تماس پرینت سه بعدی کردند که یکی از خدمات پرینتر سه بعدی است. در این مکان ها، الکترون ها می توانند از طریق غشای خارجی سیانوباکترها به شبکه هدایت نانوریبون های گرافن منتقل شوند. درخشش نور بر روی قارچ ها فتوسنتز سیانوباکترها را فعال و باعث ایجاد جریان برق می شود.

مانور و جاش نشان دادند که علاوه بر اینکه سیانوباکترها در حالت همزیستی مهندسی بیشتر زنده می مانند ، مقدار الکتریسیته ای که این باکتری ها تولید می کنند می تواند بسته به چگالی و هم ترازی بسته بندی شان  فرق کند، به طوری که هرچه آنها متراکم تر بسته بندی شوند، برق بیشتری تولید می کنند. با تکنولوژی چاپ سه بعدی، آنها توانستند طوری روی قارچ سوار شوند تا فعالیت تولید برق آنها را هشت برابر بیشتر از سیانوباکترهای ریخته شده با استفاده از یک لوله آزمایشگاهی افزایش یابد.

مانور می گوید: “با استفاده از این کار، می توانیم فرصت های بسیار زیادی را برای برنامه های کاربردی زیست-هیبریدی نسل آینده تصور کنیم.  به عنوان مثال، بعضی از باکتری ها می توانند بدرخشند، در حالی که دیگری سموم را حس می کنند و یا سوخت تولید می کنند. با استفاده ازخدمات پرینت سه بعدی و یکپارچه سازی این میکروب ها با مواد نانو، ما می توانیم بسیاری دیگر از طراحان شگفت انگیز زیست هیبریدی را برای محیط زیست، صنایع دفاع، مراقبت های بهداشتی و بسیاری از زمینه های دیگر تحقق ببخشیم.