3Dプリントされたシアノバクテリアを使って生体電気を生成する

2018年11月13日、アンタークティックベアは、スティーブンス工科大学の研究者がグラフェンを使って発電するバイオニックキノコを開発したことを海外メディアから知りました。より正確に言うと、研究者たちは3Dプリントしたシアノバクテリアの塊をキノコの傘に追加し、菌類に発電能力を与えた。彼らはまた、電流を集めるためにグラフェンナノリボンも投入した。

画像提供: スディープ・ジョシ、スティーブンス工科大学
シアノバクテリアの驚くべき生産性はバイオエンジニアリングのコミュニティではよく知られています。しかし、シアノバクテリアは人工の生体適合性表面上では長く生存できないため、研究者はバイオエンジニアリングシステムにおけるこれらの微生物の使用を制限してきました。マヌール氏と彼の研究室の博士研究員であるスディープ・ジョシ氏は、キノコがシアノバクテリアが電気を生成するためのさまざまなバクテリアにとって適切な環境（栄養素、水分、pH、温度）を提供できるかどうかを知りたいと考えていた。

「この場合、私たちのバイオニックキノコは電気を生成します」とスティーブンス大学の機械工学助教授マヌ・マヌール氏は語った。「電気を生成できるシアノバクテリアと、その電気を収集できるナノスケールの材料を統合することで、両方の独自の特性をより有効に活用し、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。」

マヌール氏とジョシ氏は、シアノバクテリア細胞は白ボタンマッシュルームの傘の上に置かれると数日間生存したが、シリカゲルと死んだキノコは適切な対照として機能したと述べた。「これらのキノコは本質的に、エネルギーを生成するシアノバクテリアを養うという高度な機能を備えた適切な環境マトリックスです」とジョシ氏は語った。「ハイブリッドシステムによって、2つの異なる微生物界の間で人工的な協力、つまり人工的な共生が可能になることを初めて実証しました。」

バイオニックキノコを開発するために、マヌール氏とジョシ氏はロボットアームベースの3Dプリンターを使用して、まずナノグラフェンを含む「電子インク」を印刷した。この印刷された分岐ネットワークは、キノコの傘の上でナノプローブのように電力収集ネットワークのように機能し、シアノバクテリアの細胞内で生成された生体電子にアクセスします。一つの細胞に針を刺してその内部の電気信号にアクセスすることを想像してください、とマヌール氏は説明した。

次に、研究者らは、キノコの傘の上に、シアノバクテリアを含む「バイオインク」を、電子インクと複数の接触点で交差する螺旋状のパターンで印刷した。これらの場所では、電子はシアノバクテリアの外膜を通過してグラフェンナノリボンの導電性ネットワークに移動することができます。光がキノコを照らし、シアノバクテリアの光合成を活性化し、光電流を発生させます。

マヌール氏とジョシ氏は、人工的に共生状態を作ったシアノバクテリアの寿命が長いことに加え、これらのバクテリアが作り出す電気の量は密度と配置によって変化し、密度が高ければ高いほど、より多くの電気を生み出すことを実証した。 3D プリントにより、実験室用ピペットを使用して鋳造したシアノバクテリアに比べて発電活性が 8 倍に増加するように組み立てることができます。

「この研究により、次世代バイオハイブリッド応用に大きな可能性が生まれると想像できる」とマヌール氏は語った。「例えば、あるバクテリアは光を発することができ、他のバクテリアは毒素を感知したり燃料を生成したりすることができます。これらの微生物をナノマテリアルとシームレスに統合することで、環境、防衛、ヘルスケアなど、他の多くの分野で、他の多くの驚くべきデザイナーバイオハイブリッドを実現できます。」

チームの成果はNano Letters誌に掲載されている。 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b02642

出典: 3ders

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