Гъби + бактерии = нов източник на електричество

Звучи като нещо от 60-те години на миналия век, но „бионичната гъба“ всъщност би могла да бъде вълнуващ поглед към бъдещето.

Американски изследователи са генерирали електроенергия от гъби, използвайки бактерии, произвеждащи енергия, електродна мрежа и 3D принтер.

И макар засега да няма достатъчно мощност за да захранва нещо, според учените опитът демонстрира потенциала за създаване на взаимноизгодна изкуствена симбиоза между „различни видове от биологичния микро-свят, за да се реализират функциониращи бионични архитектури“.

В този случай екип, ръководен от Мано Менуур (Manu Mannoor) и Садиип Йоши (Sudeep Joshi) от Технологичния институт Стивънс в Ню Джърси, САЩ, е създал такава връзка между гъбите (Agaricus bisporus) и цианобактериите – група едноклетъчни микроби, които генерират собствена енергия чрез фотосинтеза.

За да постигнат това, те първо отпечатват с 3D принтер разклонен модел, използвайки електронно мастило, съдържащо графенови нано-ивици върху чадърчето на жива гъба. След това те отпечатали и био-мастило, съдържащо цианобактерии, и го нанесли върху същото чадърче на гъбата, в спирален шаблон, който се пресича с електронното мастило на няколко места.

Именно на тези места електроните биха могли да се прехвърлят през външните мембрани на бактериите в проводящата мрежа от графенови нано-ивици. Насочването на светлина върху цианобактериите активира фотосинтеза, генерираща ток от около 65 нано-ампера.

Това не е много, но изследователите казват, че група бионични гъби могат да генерират достатъчно ток, за да захранят LED светлина и работят върху начини за генериране на повече енергия.

Изследването е публикувано в списание Nano Letters, като се фокусира върху по-голямата картина. Те смятат, че този подход с 3D-печат, би могъл да се използва за организиране на други бактериални видове в сложни аранжименти, за да изпълняват полезни функции, като биолуминесценция, например.

„Биологичният микро-свят се класифицира в няколко групи, в които бактериалните и гъбичните групи извличат взаимни ползи, като проявяват значителна взаимна симбиоза“, пишат Менуур и колегите му.

„Тук се крие по-голямо инженерно предизвикателство при използване на присъщите способности и функционалности чрез селективно и контролиращо обединяване на различни видове от биологичния микро-свят, за да се реализират функционалните бионични архитектури към иновативни приложения“, обясняват авторите.

Съставните части участващи в експеримента не са подбрани случайно.

Цианобактериите имат уникална способност за преобразуване на фотосинтетичната енергия с вътрешна квантова ефективност от близо 100%, докато гъбата е сред малкото организми, които са се развили в продължение на милиони години с „привлекателна структура за био-мимикрия „.

Шапката на гъбата може да се използва за обездвижване на цианобактериални колонии за ефективно генериране на фотосинтетично биоелектричество и водните молекули, необходими за фотосинтеза, могат да бъдат доставени на имобилизираните цианобактерии чрез капилярно действие на хидрофилните влакнести ивици в гъбата.

Порестата структура на гъбата пренася водните молекули и по този начин осигурява необходимите водни канали.

„Инженерингът на многоизмерната интеграция между различните микробиологични светове може да използва предимствата, като изследва съществуването на рационални бионични симбиози“, пишат изследователите.

„Тъй като гъбата не притежава способността да извършва фотосинтеза поради отсъствието на хлорофилни пигменти, тези безпроблемно свързани култури на цианобактериите могат да придадат функционалност на фотосинтезата на гъбите“.

Същевременно структурата на гъбата осигурява самоподдържащи се биофизиологични условия, като например влажен подслон и стабилен източник на хранителни вещества за цианобактериални колонии, за да оцелеят по-дълго. Следователно предложената интеграция получава взаимни ползи и се нарича „конструирана бионична симбиоза“, обясняват авторите на експеримента.