Normale weiße Pilze aus Lebensmittelgeschäften könnten nach einem neuen Verfahren zu zukünftigen Stromerzeugern werden.
Der vom Stevens Institute of Technology entwickelte „bionische“ Knopfpilz hat den Standardpilz mit 3D-gedruckten Clustern von Cyanobakterien aufgeladen. Diese Cyanobakterien erzeugen Elektrizität, während Graphen-Nanobänder den Strom zusammenziehen.
Die Arbeit wurde in einer aktuellen Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht Nano-Buchstaben . Das Team hofft, dass dies dazu beitragen kann, unser Verständnis dafür zu verbessern, wie biologische Energie zur Stromerzeugung führen kann.
Umwandlung von Pilzen in elektrische Generatoren
Das gesamte Projekt begann dank der Liebe der Forscher zu Pilzen.
"Eines Tages gingen meine Freunde und ich zusammen zum Mittagessen und bestellten ein paar Pilze" sagte Sudeep Joshi, Postdoktorand und Autor der Studie.
"Als wir sie besprachen, stellten wir fest, dass sie selbst eine reiche Mikrobiota haben. Deshalb dachten wir uns, warum wir die Pilze nicht als Unterstützung für die Cyanobakterien verwenden sollten. Wir dachten, wir sollten sie zusammenführen und sehen, was passiert."
Von Feldern bis zu Bratpfannen sind Knopfpilze unglaublich häufig. Noch häufiger als die Pilze sind die Cyanobakterien, die auf den Pilzen gedeihen können. Dank der Feuchtigkeit, der Nährstoffe und der einzigartigen Oberfläche des Pilzes entdeckten die Forscher, dass er dort Cyanobakterien kultivieren kannlänger als jede andere gemeinsame Oberfläche.
"In diesem Fall erzeugt unser System - dieser bionische Pilz - Elektrizität", sagte Manu Mannoor, Assistenzprofessor für Maschinenbau bei Stevens. "Durch die Integration von Cyanobakterien, die Elektrizität erzeugen können, in nanoskalige Materialien, die den Strom sammeln können."konnten wir besser auf die einzigartigen Eigenschaften beider zugreifen, sie erweitern und ein völlig neues funktionelles bionisches System schaffen. "
Cyanobakterien sind ein beliebtes Studienthema in Bioengineering-Kreisen. Bisherige Forschungen konnten Cyanobakterien auf Oberflächen jedoch nicht lange genug am Leben erhalten, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen.
"Die Pilze dienen im Wesentlichen als geeignetes Umweltsubstrat mit fortschrittlicher Funktionalität zur Ernährung der Energie erzeugenden Cyanobakterien", sagte Joshi. "Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass ein Hybridsystem eine künstliche Zusammenarbeit oder eine konstruierte Symbiose zwischen zwei beinhalten kannverschiedene mikrobiologische Königreiche. "
Das Paar hat einen 3D-Drucker zum Erstellen verwendet. Graphen Nanobänder, die die Oberseite des Pilzes bedecken würden. Das Graphen-Netzwerk diente als Möglichkeit, Elektrizität aus den Cyanobakterien zu sammeln, indem es wie eine "Nanosonde" wirkte, erklärten die Forscher. Es war wie eine Nadel, die in die Cyanobakterienzellen stecktfinde seine elektrischen Signale, sagte Mannoor.
Anschließend erstellten sie eine Biotinte mit den Cyanobakterien, die spiralförmig auf der Pilzkappe saßen. An den Stellen, an denen die Cyanobakterien mit dem Graphen verbunden waren, fand der Elektronentransfer statt. Die Forscher beleuchteten den Pilzdie Photosynthese in den Cyanobakterien ankurbeln - so den Photostrom starten.
Joshi und Mannoor entdeckten, dass sie je nach Dichte und Ausrichtung der Bakterien mehr Strom produzieren können. Je dichter die Bakterien gepackt sind, desto mehr Energie kann sie produzieren.
Die Zukunft beleuchten
Die Arbeit könnte eines Tages dazu beitragen, einen nicht traditionellen Weg zur Bekämpfung des globalen Klimawandels zu finden. Während ein Knopf mit bionischen Pilzen keine massive Beule verursacht, arbeitet das Team derzeit an einer Möglichkeit, sie miteinander zu verbinden, um mehr Kraft bereitzustellen.
Und es hört nicht nur bei Pilzen auf. Die Cyanobakterien könnten eine wichtige Rolle bei der Stromversorgung anderer Anwendungen als umweltfreundliche Lösung spielen.
"Mit dieser Arbeit können wir uns enorme Möglichkeiten für Bio-Hybrid-Anwendungen der nächsten Generation vorstellen", sagte Mannoor. "Einige Bakterien können beispielsweise glühen, während andere Toxine wahrnehmen oder Kraftstoff produzieren. Durch die nahtlose Integration dieser Mikroben in Nanomaterialien."Wir könnten möglicherweise viele andere erstaunliche Designer-Bio-Hybride für Umwelt, Verteidigung, Gesundheitswesen und viele andere Bereiche realisieren. "