當你將高科技世界的“奇跡材料”——石墨烯——與卑微的真菌結(jié)合在一起時，你會得到什么？當然是仿生蘑菇。

史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員在Nano Letters上發(fā)表文章，介紹了藍藻細胞和石墨烯納米帶在蘑菇蓋兒上的無縫融合。得到的組合代表了微生物王國（藍藻細菌和蘑菇）和智能電子納米材料（石墨烯納米帶）之間的一種三維接口。

研究人員認為，這種方法——他們稱之為細菌納米仿生學(xué)——可以促進用于從傳感器到“智能”水凝膠材料的應(yīng)用的下一代“專門設(shè)計的生物雜交”功能架構(gòu)的開發(fā)。

為了開發(fā)他們的仿生蘑菇，史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員首先尋找了一種方法來延長藍藻細菌的壽命。雖然藍藻具有驚人的發(fā)電能力，但其生存期也很短，嚴重限制了其用途。通過將藍藻放在蘑菇蓋兒上，研究人員將藍藻細菌的生存期延長至數(shù)天。

然后，他們開發(fā)了一種通過將含有石墨烯納米帶的電子墨水打印到蘑菇蓋兒上來收取藍藻產(chǎn)生的電的方法。

圖片來源：Sudeep Joshi/Stevens Institute of Technology

通過3D打印得到的密集藍藻（綠色）增加了發(fā)電行為。

史蒂文斯的博士后研究人員、這篇文章的共同作者Sudeep Joshi說：“這些石墨烯納米帶與藍藻細胞的外膜形成了大量的直接物理連接位點，想象一下針插入一個細菌細胞來獲取它里面的電信號。”

當光聚焦在石墨烯包覆的蘑菇蓋兒上時，藍藻進行光合作用。電子在水分子分裂期間作為副產(chǎn)物釋放。此時，附著于藍藻的石墨烯納米帶充當導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，將這些電子轉(zhuǎn)移到電化學(xué)電池裝置中的外部電路。

Sudeep Joshi?和他的同事們認為，3D打印細菌納米仿生學(xué)有很多發(fā)展機會及應(yīng)用。這些應(yīng)用將利用不同細菌的獨特能力，例如生物發(fā)光、毒素感應(yīng)或在此例中的光合作用。

Joshi說：“我們相信，在我們目前的研究中開發(fā)的技術(shù)也可以擴展到使用智能水凝膠材料3D打印其他細菌菌落，以推進仿生集成研究。此外，我們設(shè)想這種3D打印細菌納米仿生學(xué)方法可以以復(fù)雜的排列方法組織不同種類的細菌，來研究影響其他細菌群居行為（例如生物發(fā)光和感知毒性）的空間和環(huán)境參數(shù)?！?/p>

在這些方面，Joshi和他的同事們將繼續(xù)將他們的方法應(yīng)用于其他細菌物種，以監(jiān)測和控制空間幾何和分布密度的影響。具體而言，他們將關(guān)注存在于人類內(nèi)臟、皮膚、腸道和口腔中的微生物群。

Joshi補充說：“這些微生物群中的微生物種群密度與個體的健康和福祉直接相關(guān)。我們特別期待通過‘細菌納米仿生學(xué)’來設(shè)計人類微生物群及其對人類福祉的影響。”