Funghi e cianobatteri stampati in 3D per generare elettricità

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I ricercatori del Stevens Institute of Technology hanno sviluppato funghi bionici che utilizzano grafene per produrre elettricità. Più precisamente, i ricercatori hanno aggiunto grappoli di cianobatteri stampati in 3D sul tappo del fungo, che ha dato ai funghi la capacità di generare elettricità.

L’incredibile capacità dei cianobatteri di produrre elettricità è ben nota tra i bioingegneri. Tuttavia, i ricercatori hanno limitato l’uso di questi microbi nei sistemi bioingegnerizzati perché i cianobatteri non sopravvivono a lungo su superfici biocompatibili artificiali. Mannoor e Sudeep Joshi, attraverso un postdottorato, si sono chiesti se i funghi, che naturalmente ospitano una vasta gamma di batteri, potrebbero fornire l’ambiente giusto – nutrienti, umidità, pH e temperatura – affinché i cianobatteri producano elettricità per un periodo più lungo.

In questo modo, il nostro sistema – questo fungo bionico – produce elettricità”, ha detto Manu Mannoor, un assistente professore di ingegneria meccanica presso Stevens. “Integrando i cianobatteri in grado di produrre elettricità, con materiali su scala nanometrica in grado di raccogliere la corrente, siamo stati in grado di accedere meglio alle proprietà uniche di entrambi, aumentarli e creare un sistema bionico funzionale completamente nuovo.”

In questo processo, i funghi servono essenzialmente come substrato ambientale adatto con funzionalità avanzate di nutrimento dei cianobatteri produttori di energia, come afferma Joshi: “Abbiamo mostrato per la prima volta che un sistema ibrido può incorporare una collaborazione artificiale o una simbiosi ingegnerizzata tra due diversi regni microbiologici“.

Per sviluppare il loro fungo bionico, Mannoor e Joshi hanno utilizzato una stampante 3D a braccio robotizzata per stampare un “inchiostro elettronico” contenente i nanoribbon di grafene. Questa rete ramificata stampata funge da rete di raccolta dell’elettricità sul tappo del fungo agendo come una nano-sonda per accedere ai bio-elettroni generati all’interno delle cellule cianobatteriche. Immagina gli aghi che si conficcano in una singola cella per accedere ai segnali elettrici al suo interno, spiega Mannoor.

Successivamente, hanno stampato un “bioinchiostro” contenente cianobatteri sul cappuccio del fungo in uno schema a spirale che si interseca con l’inchiostro elettronico in più punti di contatto. In queste posizioni, gli elettroni potevano trasferire attraverso le membrane esterne dei cianobatteri verso la rete conduttiva di grafene nanoribbon. Brillare una luce sulla fotosintesi dei cianobatteri attivata dai funghi, generando una fotocorrente.

Oltre ai cianobatteri che vivono più a lungo in uno stato di simbiosi ingegnerizzata, Mannoor e Joshi hanno dimostrato che la quantità di elettricità prodotta da questi batteri può variare a seconda della densità e dell’allineamento con cui sono impacchettati, in modo tale che più densamente sono insieme, più elettricità producono. Con la stampa 3D, è stato possibile assemblarli in modo da aumentare la loro attività di produzione di energia elettrica di otto volte in più rispetto ai cianobatteri colati usando una pipetta da laboratorio.

Con questo lavoro, possiamo immaginare enormi opportunità per le applicazioni bio-ibride di prossima generazione“, afferma Mannoor. “Ad esempio, alcuni batteri possono brillare, mentre altri percepiscono le tossine o producono combustibile: integrando perfettamente questi microbi con i nanomateriali, potremmo potenzialmente realizzare molti altri stupefacenti ibridi di design per l’ambiente, la difesa, l’assistenza sanitaria e molti altri campi“.

fonte 3ders.com


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