Некоторые бактерии обладают сверхдержавой, которую ученые хотели бы использовать. Эти микробы, как и растения, улавливают энергию света. Ученые хотели использовать эти бактерии для производства электричества. Но в предыдущих исследованиях они не выживали долго на искусственных поверхностях. Теперь исследователи переместили их на живую поверхность-гриб. Их творение первый гриб для того чтобы сделать электричество.
Explainer: что такое 3-D печать?
Судип Джоши-прикладной физик. Он работает в Технологическом институте Стивенса в Хобокене, штат Нью-Джерси. Этот бионический гриб совмещает печатание 3-D, проводные чернила и бактерии для того чтобы произвести электричество. Его дизайн может привести к новым способам объединения природы с электроникой.
Цианобактерии (иногда называемые сине-зелеными водорослями) сами добывают себе пищу из солнечного света. Как и растения, они делают это с помощью фотосинтеза — процесса, который расщепляет молекулы воды, высвобождая электроны. Бактерии выплевывают многие из этих блуждающих электронов. Когда достаточное количество электронов накапливается в одном месте, они могут создать электрический ток.
Исследователям нужно было собрать вместе много этих бактерий. Они решили использовать трехмерную печать, чтобы поместить их точно на поверхность. Команда Джоши выбрала грибы для этой поверхности. Ведь, как они поняли, грибы естественным образом принимают сообщества бактерий и других микробов. Найти испытуемых для их тестов было легко. Джоши просто пошел в продуктовый магазин и взял белые грибы кнопки.
Печать на этих грибах, однако, оказалась настоящей проблемой. 3-D принтеры были разработаны для печати на плоских поверхностях. Шляпки грибов изогнуты. Исследователи потратили месяцы на написание компьютерного кода, чтобы решить эту проблему. В конце концов, они придумали программу для трехмерной печати чернил на изогнутых грибных вершинах.
Эти цианобактерии используют фотосинтез для того чтобы сделать еду от солнечного света. Их иногда называют сине-зелеными водорослями.
Йозеф Райшиг/Wikimedia Commons ( CC BY SA 3.0)
Исследователи нанесли на грибы две "краски". Одна-зеленые чернила, сделанные из цианобактерий. Они использовали это для того чтобы сделать спиральн картину на крышке. Они также использовали черные чернила, сделанные из графена. Графен представляет собой тонкий лист атомов углерода, который отлично проводит электричество. Они напечатали эти чернила в разветвляя картине через верхнюю часть гриба.
Тогда пришло время сиять.
"Цианобактерии здесь настоящие герои", - говорит Джоши. Когда его команда осветила грибы, микробы выплюнули электроны. Эти электроны втекали в графен и создавали электрический ток.
Команда опубликовала свои результаты 7 ноября 2018 года в Nano Letters .
Современное мышление
Подобные эксперименты называются "доказательством концепции"."Они подтверждают, что идея возможна. Исследователи показали, что их идея работает, даже если она еще не готова к практическому использованию. Для достижения даже этого потребовалось несколько умных инноваций. Первый - заставить микробов смириться с тем, что их снова посадили на гриб. Второй важный момент: выяснить, как напечатать их на криволинейной поверхности.
На сегодняшний день группа Джоши генерирует примерно 70 наноампер тока. Это мало. Очень маленький. Это примерно 7-миллионный ток, необходимый для питания 60-ваттной лампочки. Очевидно, что бионические грибы не будут питать нашу электронику сразу.
Тем не менее, говорит Джоши, результаты показывают многообещающее сочетание живых существ (таких как бактерии и грибы) с неживыми материалами (такими как графен).
Примечательно, что исследователи убедили микробов и грибы сотрудничать в течение короткого времени, говорит Марин Савва. Она инженер-химик в Имперском колледже Лондона в Англии. Хотя она работает с цианобактериями, она не была частью нового исследования.
Соединение двух форм жизни вместе-захватывающая область исследований в области зеленой электроники, говорит она. Green, она имеет в виду экологически чистую технологию, которая ограничивает отходы.
Исследователи напечатали цианобактерии на двух других поверхностях: мертвые грибы и силикон. В каждом случае микробы вымирали в течение дня. Они выжили более чем в два раза дольше на живых грибах. Джоши считает, что долгая жизнь микробов на живых грибах является доказательством симбиоза . Это когда два организма сосуществуют таким образом, что помогает хотя бы одному из них.
Но Савва в этом не уверен. Чтобы называться симбиозом, она говорит, что грибы и бактерии должны были бы жить вместе намного дольше — по крайней мере, неделю.
Как бы вы это ни называли, Джоши хочет думает, что это стоит настройки. Он считает, что эту систему можно значительно улучшить. Он собирает идеи от других исследователей. Некоторые предлагали работать с различными грибами. Другие советовали настроить гены цианобактерий так, чтобы они производили больше электронов.
"Природа дает вам много вдохновения", - говорит Джоши. Общие части могут работать совместно для того чтобы произвести удивительные результаты. Грибы и цианобактерии растут во многих местах, и даже графен-это просто углерод, отмечает он. "Вы наблюдаете за ним, приходите в лабораторию и начинаете эксперименты. И тогда, - говорит он, - если вам действительно повезет, лампочка погаснет.