Naukowcy zmienili zwykłą pieczarkę w generator energii elektrycznej. Popularny grzyb wzbogacony o cyjanobakterie wytwarza prąd elektryczny, a oplatająca jego kapelusz siatka z grafenowych nanowstążek wychwytuje energię.
Taka hybryda z grzybów i bakterii może być wykorzystywane do zasilania urządzeń elektrycznych. Choć obecnie z całej grządki tak przygotowanych pieczarek można co najwyżej zasilić diodę LED, ale być może w przyszłości podobna technologia znajdzie zastosowanie.
Prądotwórcza pieczarka jest dziełem naukowców ze Stevens Institute of Technology. Prace nad tego typu hybrydami są częścią większych badań i mają na celu lepsze zrozumienie funkcjonowania komórek oraz ewentualnego opracowania sposobów, jak wykorzystać te skomplikowane molekularne narzędzia do wytwarzania nowych technologii i użytecznych systemów dla obrony, opieki zdrowotnej i ochrony środowiska.
Rezultaty badań zostały opublikowane w piśmie „Nano Letters”.
- W tym przypadku nasz system - bioniczny grzyb - wytwarza energię elektryczną, poprzez integrację cyjanobakterii, które mogą wytwarzać elektryczność, z nanomateriałami zdolnymi do wychwytywania tej energii. Byliśmy w stanie uzyskać lepszy dostęp do unikalnych właściwości jednych i drugich, poszerzyć je i stworzyć całkowicie nowy funkcjonalny system bioniczny – powiedział profesor Manu Mannoor ze Stevens Institute of Technology.
Zdolność produkowania elektryczności przez cyjanobakterie (sinice) jest dość dobrze przebadana. Naukowcy ograniczają się jednak do stosowania tych mikroorganizmów w systemach bioinżynieryjnych, ponieważ sinice nie przetrwają zbyt długo na sztucznych powierzchniach. Stąd obecność w systemie pieczarki.
Badacze zastanawiali się, jakiego materiał użyć. Okazało się, że popularny grzyb, w którym naturalnie znajduje się bogaty mikrobiom, może zapewnić odpowiednie środowisko. Obecność składników odżywczych, odpowiednia wilgotność, pH i temperatura, to dla sinic wytwarzających energię elektryczną wymarzone otoczenie.
W trakcie badań naukowcy wykazali, że cyjanobakterie żyły dłużej na kapeluszu pieczarki w porównaniu z silikonem czy martwym grzybem, które odgrywały rolę grupy kontrolnej.
- Grzyby służą zasadniczo jako odpowiedni substrat środowiskowy o zaawansowanej funkcjonalności odżywiania wytwarzających energię cyjanobakterii. Po raz pierwszy udowodniliśmy, że system hybrydowy może wspomagać sztuczną współpracę lub zaprojektowaną symbiozę między dwoma różnymi królestwami mikrobiologicznymi – zaznaczył Sudeep Joshi, współautor publikacji.
Badacze skorzystali z technologii druku 3D. Za jego pomocą wydrukowali grafenowe siatki, do przechwytywania energii elektrycznej z kapeluszy grzybów, a zmieniając tusz z grafemem na biotusz z sinicami, pokryli kapelusz pieczarek spiralny wzorem cyjanobakterii, który w wielu miejscach przecinał się z tuszem grafenowym. Kierując na pieczarki światło, cyjanobakterie dzięki procesowi fotosyntezy wytwarzały energię. W miejscach przecięcia tuszów elektrony uwalniane przez sinice przechodziły do przewodzącej sieci z nanowstążek.
Poza tym, że sinice żyły dłużej na pieczarkach, naukowcy wykazali także, że ilość energii elektrycznej wytwarzanej przez te bakterie może być różna w zależności od gęstości upakowania całego układu. Dzięki odpowiedniemu ściśnięciu drukowanego układu sinic i grafenowych nanowstążek, badacze ośmiokrotnie zwiększyli wytwarzanie energii elektrycznej z jednej pieczarki.
- Dzięki naszej pracy możemy sobie wyobrazić ogromne możliwości i potencjał zastosowań biohybrydowych układów następnej generacji. Na przykład niektóre bakterie mogą świecić, podczas gdy inne wyczuwają toksyny lub produkują paliwo. Dzięki integracji tych mikroorganizmów z nanomateriałami, możemy potencjalnie zrealizować wiele innych niesamowitych biohybrydowych układów dla środowiska, obrony, opieki zdrowotnej i wielu innych dziedzin – podkreślił Mannoor .
Źródło: Stevens Institute of Technology, fot. Sudeep Joshi/ Stevens Institute of Technology
