Funghi bionici con grafene e cianobatteri stampati in 3D

I ricercatori creano funghi bionici con grafene e cianobatteri stampati in 3D

Utilizzando la stampa 3D, i ricercatori dello Stevens Institute of Technology  hanno creato un fungo bionico. Perché? Per una buona ragione, in realtà. I ricercatori stanno lavorando per comprendere meglio il meccanismo biologico delle cellule e come possono essere utilizzate per creare nuove tecnologie per la difesa, l’assistenza sanitaria e l’ambiente.

Il fungo – un normale bianco da un negozio di alimentari – è stato modificato con gruppi di cianobatteri stampati in 3D che generano elettricità e grafene nanoribbon che raccolgono la corrente.

“In questo caso, 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.”
Nel mondo della bioingegneria, la capacità dei cianobatteri di produrre elettricità è nota da molto tempo; tuttavia, i cianobatteri non sopravvivono a lungo su superfici biocompatibili artificiali, il che significa che gli scienziati sono stati limitati nella loro capacità di utilizzare gli organismi nei sistemi bioingegnerizzati. L’amico Mannoor e postdottorato Sudeep Joshi ha avuto l’idea di utilizzare i funghi perché ospitano naturalmente un complesso microbiota e potrebbero potenzialmente fornire i nutrienti, l’umidità, il pH e la temperatura necessari affinché i cianobatteri sopravvivano e producano elettricità.

Nel loro laboratorio, Mannoor e Joshi sono stati in grado di ottenere che i cianobatteri durassero diversi giorni in più quando sono posizionati sul cappuccio di un fungo pulsante bianco di quello che hanno fatto quando sono stati collocati su un fungo morto o artificiale.

“I funghi servono essenzialmente come substrato ambientale adatto con funzionalità avanzate di nutrimento dei cianobatteri che producono energia”, ha detto 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”.
I due ricercatori hanno usato per la prima volta una stampante 3D a braccio robotizzato per stampare un inchiostro elettronico contenente i nanoribbon di grafene, che serviva da rete per la raccolta di elettricità. Hanno poi stampato un bio-inchiostro contenente i cianobatteri sul cappuccio del fungo in un motivo a spirale che si interseca con l’inchiostro elettronico in più punti. In queste posizioni, gli elettroni potevano trasferire attraverso le membrane esterne dei cianobatteri verso la rete conduttiva di grafene nanoribbon. Quando una luce è stata riflessa sui funghi, è stata attivata la fotosintesi dei cianobatteri e generata una fotocorrente.

I ricercatori hanno dimostrato che la quantità di elettricità prodotta dai batteri può variare a seconda della densità e dell’allineamento con cui sono confezionati – più sono densamente raggruppati, maggiore è la quantità di elettricità prodotta. La stampa 3D ha permesso loro di assemblare i batteri in modo da aumentare la loro attività di produzione di elettricità otto volte di più rispetto ai cianobatteri che sono stati colati con una pipetta.

Manoor, Joshi e la co-autrice Ellis Cook sono i primi a modellare le cellule batteriche stampate in 3D per aumentare il loro comportamento di generazione di elettricità, e anche per integrarlo per sviluppare un’architettura bionica funzionale.

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

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