電気を生成する3Dプリントバイオニックキノコ

電気を生成する3Dプリントバイオニックキノコ
寄稿者: Zhong Qi、Tian Xiaoyong

米国のスティーブンス工科大学の研究チームは、3Dプリント技術を使って電気を生成できる「バイオニックキノコ」を開発した。研究チームは、革新的なアプリケーションのためにさまざまな生物種の能力を組み合わせる方法を実証し、その研究結果をNano Letters誌に発表した。この研究結果は、異なる微生物界の 2 つの種から構成されるハイブリッド システムが、人工的な協力関係、つまり人工的な共生関係を築くことができることを初めて実証しています。

シアノバクテリアは、光合成によってエネルギーを生成する世界最大のバクテリアのグループの一つです。しかし、これまでの研究では、シアノバクテリアは人工表面上では生存能力が低いことが示されています。科学者たちは、シアノバクテリアが植物界の他の種に感染できることを発見した。そのため、この研究では、研究者は添付ファイルとして白ボタンマッシュルームを選択しました。

キノコには光合成能力がないが、その構造により、キノコの樹冠内にシアノバクテリアのコロニーを維持することができる。キノコと電気を生成するシアノバクテリアを組み合わせることで、両方の生物のユニークな特性をより有効に活用し、強化して、まったく新しい機能的な生体模倣システムを作り出すことができます。

光合成による生体電気生成が可能なバイオニックキノコを図1に示します。光合成によって電気を生成する 3D プリント インクには、グラフェン ナノリボン (GNR) とシアノバクテリアの 2 種類があります。最初のステップでは、フィボナッチ数列分布に従って、キノコの傘の上に GNR 電極ネットワークを 3D プリントしました。次に、電極パターンの上に、シアノバクテリアを 3D のらせんパターンで印刷しました。キノコを日光に当てると、シアノバクテリアの光合成が活性化されます。シアノバクテリアの下に印刷された GNR 電極ネットワークは、シアノバクテリアによって生成された電気エネルギーを収集し、最終的に光電流を生成します。


図 1 バイオ電気発電用のバイオミメティックキノコ (A) シアノバクテリアのコロニーを使用して光合成バイオ電気発電用のバイオミメティックキノコを製造するための 3D プリントの概略図 (B) 構造足場材料としてのポリシロキサン (C) 3D プリント電極ネットワーク用の電子インクとして PEDOT:PSS 導電性マトリックスに均一に分散したグラフェンナノリボン (D) バイオインクとしてアルギン酸ハイドロゲルマトリックスで前培養したシアノバクテリア細胞 (E) 空気圧押し出しベースの 3D プリンターに変換されたロボットアーム (Fisnar F5200N) (F、I) バイオミメティックキノコ (生物キノコ、BM) と人工キノコ (非生物キノコ、 AM) (G、J) BM および AM 上に、フィボナッチ数列に従って分布した 3D プリント電極ネットワーク (H、K) BM および AM 上に、3D プリントされたシアノバクテリアのコロニー 論文の結論には次のように記されています。「現在開発中の 3D プリントされたバイオニック マッシュルームは、環境に優しい光合成バイオ電気の供給源であり、シアノバクテリアを養ってエネルギーを生成することができます。この研究で開発された技術は、他の細菌コロニーやスマート ハイドロゲル材料の 3D プリントにも拡張でき、生体模倣統合研究を前進させることができると考えています。」

参考文献:
Joshi S、Cook E、Mannoor M S. 3Dプリンティングによる細菌ナノバイオニクス[J]。Nano letters、2018年。

寄稿者: Zhong Qi、Tian Xiaoyong

生物学

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