Ten bioniczny grzyb wytwarza energię elektryczną

Niektóre bakterie mają supermocarstwo, które naukowcy chcieliby ujarzmić. Te mikroorganizmy wychwytują energię ze światła, podobnie jak rośliny. Naukowcy chcieli wykorzystać te bakterie, by wytwarzać energię elektryczną. Ale w poprzednich badaniach nie przetrwały długo na sztucznych powierzchniach. Naukowcy przenieśli je teraz na powierzchnię życia – grzyb. Ich stworzenie jest pierwszym grzybem do produkcji elektryczności.

Sudeep Joshi jest fizykiem stosowanym. Pracuje w Stevens Institute of Technology w Hoboken, N.J. On i jego współpracownicy zamienili grzyby – grzyby – w mini farmę energetyczną. Ten bioniczny grzyb łączy w sobie druk trójwymiarowy, atrament przewodzący i bakterie do generowania elektryczności. Jego konstrukcja może prowadzić do nowych sposobów łączenia natury z elektroniką.

Cyanobakterie (czasami nazywane niebiesko-zielonymi algami) wytwarzają własną żywność ze światła słonecznego. Podobnie jak rośliny, robią to za pomocą fotosyntezy – procesu, który rozbija cząsteczki wody, uwalniając elektrony. Bakterie wypluwają wiele z tych bezpańskich elektronów. Kiedy w jednym miejscu zgromadzi się wystarczająca ilość elektronów, mogą wytworzyć prąd elektryczny.

Naukowcy musieli zebrać razem wiele z tych bakterii. Postanowili użyć druku trójwymiarowego, aby umieścić je precyzyjnie na powierzchni. Zespół Joshi wybrał grzyby na tę powierzchnię. W końcu zdali sobie sprawę, że grzyby naturalnie zawierają wspólnoty bakterii i innych drobnoustrojów. Znalezienie przedmiotów testowych do ich testów było łatwe. Joshi po prostu poszedł do sklepu spożywczego i podniósł białe pieczarki.

Jednak drukowanie tych grzybów okazało się prawdziwym wyzwaniem. Drukarki 3D zostały zaprojektowane do drukowania na płaskich powierzchniach. Czapki z grzybami są zakrzywione. Naukowcy spędzili miesiące na pisaniu kodu komputerowego, aby rozwiązać problem. W końcu wymyślili program do druku trójwymiarowego, drukując atrament na zakrzywionych wierzchołkach grzybów.

Naukowcy wydrukowali dwa “atramenty” na swoich grzybach. Jednym z nich był zielony atrament z sinic. Użyli tego, aby stworzyć spiralny wzór na czapce. Użyli też czarnego atramentu z grafenu. Grafen to cienki arkusz atomów węgla, który świetnie nadaje się do przewodzenia energii elektrycznej. Wydrukowali ten atrament w formie rozgałęzionej na wierzchu grzybka.

Potem nadszedł czas, by zabłysnąć.

“Cyanobakterie są tutaj prawdziwym bohaterem [es]” – mówi Joshi. Kiedy jego zespół rzucił światło na grzyby, mikroby wypluwają elektrony. Te elektrony wpłynęły do grafenu i wytworzyły prąd elektryczny.

Zespół opublikował swoje wyniki 7 listopada 2018 r. W Nano Letters.
Aktualne myślenie

Takie eksperymenty nazywa się “proof of concept”. Potwierdzają, że pomysł jest możliwy. Badacze pokazali, że ich pomysł zadziałał, nawet jeśli nie jest jeszcze gotowy do praktycznego zastosowania. Osiągnięcie nawet tak wielu wymagało kilku sprytnych innowacji. Pierwszy polegał na tym, że mikroby zaakceptowały przejęcie grzybów. Drugi biggie: zastanawianie się, jak je wydrukować na zakrzywionej powierzchni.

Do tej pory grupa Joshi wygenerowała około 70 nanoamperów. To jest małe. Bardzo mały. To około 7-milionowego prądu potrzebnego do zasilania 60-watowej żarówki. Bioniczne grzyby nie będą od razu zasilały naszej elektroniki.

Jednak, jak mówi Joshi, wyniki pokazują obietnicę połączenia żywych stworzeń (takich jak bakterie i grzyby) z nieożywionymi materiałami (takimi jak grafen).

Warto zauważyć, że naukowcy przekonali mikroby i grzyby do współpracy na krótką chwilę, mówi Marin Sawa. Jest inżynierem chemii w Imperial College London w Anglii. Chociaż pracuje z cyjanobakteriami, nie brała udziału w nowym badaniu.

Łączenie dwóch form życia razem jest ekscytującym obszarem badań w zielonej elektronice, mówi. Na zielono odnosi się do przyjaznej środowisku technologii, która ogranicza ilość odpadów.

Naukowcy wydrukowali cyjanobakterie na dwóch innych powierzchniach: martwych grzybach i silikonie. W każdym przypadku drobnoustroje wymarły w ciągu około jednego dnia. Przeżyli ponad dwa razy dłużej żywe grzyby. Joshi uważa, że długie życie mikroorganizmów na żywym grzybie jest dowodem symbiozy. To wtedy współistnieją dwa organizmy, które pomagają co najmniej jednemu z nich.

Ale Sawa nie jest taki pewien. Aby nazwać ją symbiozą, mówi, że grzyby i bakterie będą musiały żyć razem dużo dłużej – przynajmniej przez tydzień.

Jakkolwiek by to nazwać, Joshi chce myśleć, że warto go poprawić. Uważa, że ten system można znacznie poprawić. On zbiera pomysły od innych badaczy. Niektórzy sugerowali pracę z różnymi grzybami. Inni radzili poprawiać geny cyjanobakterii, aby wytwarzały więcej elektronów.

“Natura daje wiele inspiracji” – mówi Joshi. Wspólne części mogą ze sobą współpracować, aby uzyskać zaskakujące wyniki. Grzyby i cyjanobakterie rosną w wielu miejscach, a nawet grafen to po prostu węgiel – zauważa. “Obserwujesz to, przychodzisz do laboratorium i rozpoczynasz eksperymenty. A potem “- mówi, jeśli naprawdę masz szczęście – zgaśnie żarówka.”