En su última hazaña de ingeniería, los investigadores del Instituto de Tecnología Stevens tomaron un hongo blanco común de una tienda de comestibles y lo hicieron biónico, sobrealimentado con racimos de cianobacterias impresos en 3D que generan electricidad y remolinos de nanofibras de grafeno que puedenrecoger la corriente
El trabajo, reportado en la edición del 7 de noviembre de Nano letras puede sonar como algo sacado directamente de Alicia en el país de las maravillas, pero los híbridos son parte de un esfuerzo más amplio para mejorar nuestra comprensión de la maquinaria biológica de las células y cómo usar esos intrincados engranajes moleculares y palancas para fabricar nuevas tecnologías y sistemas útiles paradefensa, sanidad y medio ambiente.
"En este caso, nuestro sistema, este hongo biónico, produce electricidad", dijo Manu Mannoor, profesor asistente de ingeniería mecánica en Stevens. "Al integrar las cianobacterias que pueden producir electricidad, con materiales a nanoescala capaces de recoger la corriente, pudimos acceder mejor a las propiedades únicas de ambos, aumentarlas y crear un sistema biónico funcional completamente nuevo ".
La capacidad de las cianobacterias para producir electricidad es bien conocida en los círculos de bioingeniería. Sin embargo, los investigadores han estado limitados en el uso de estos microbios en sistemas de bioingeniería porque las cianobacterias no sobreviven por mucho tiempo en superficies artificiales biocompatibles. Mannoor y Sudeep Joshi, un compañero postdoctoral en sulaboratorio, se preguntó si los champiñones blancos, que naturalmente albergan una rica microbiota pero no específicamente las cianobacterias, podrían proporcionar el ambiente adecuado nutrientes, humedad, pH y temperatura para que las cianobacterias produzcan electricidad durante un período más largo.
Mannoor y Joshi mostraron que las células cianobacterianas duraron varios días más cuando se colocaron sobre la tapa de un hongo blanco versus un hongo de silicona y muerto como controles adecuados ". Los hongos esencialmente sirven como un sustrato ambiental adecuado con una funcionalidad avanzada para nutrir el"Produce cianobacterias que producen energía", dice Joshi. "Mostramos por primera vez que un sistema híbrido puede incorporar una colaboración artificial, o simbiosis de ingeniería, entre dos reinos microbiológicos diferentes".
Mannoor y Joshi utilizaron una impresora 3D robótica basada en el brazo para imprimir primero una "tinta electrónica" que contiene nanoribones de grafeno. Esta red ramificada impresa sirve como una red de recolección de electricidad sobre la tapa del hongo actuando como una nano sonda -para acceder a los bioelectrones generados dentro de las células cianobacterianas. Imagine agujas pegadas en una sola célula para acceder a las señales eléctricas en su interior, explica Mannoor.
Luego, imprimieron una "bio-tinta" que contiene cianobacterias en la tapa del hongo en un patrón en espiral que se cruza con la tinta electrónica en múltiples puntos de contacto. En estos lugares, los electrones podrían transferirse a través de las membranas externas de las cianobacterias a la red conductorade nanoribones de grafeno. Al iluminar los hongos se activó la fotosíntesis de cianobacterias, generando una fotocorriente.
Además de las cianobacterias que viven más tiempo en un estado de simbiosis de ingeniería, Mannoor y Joshi demostraron que la cantidad de electricidad que producen estas bacterias puede variar según la densidad y la alineación con la que están empaquetadas, de modo que cuanto más densamente estén juntasson, cuanto más electricidad producen. Con la impresión 3D, fue posible ensamblarlos para aumentar su actividad de producción de electricidad ocho veces más que las cianobacterias fundidas con una pipeta de laboratorio.
Recientemente, algunos investigadores tienen células bacterianas impresas en 3D en diferentes patrones geométricos espaciales, pero Mannoor y Joshi, así como el coautor Ellexis Cook, no solo son los primeros en modelarlo para aumentar su comportamiento de generación de electricidad, sino que también se integranpara desarrollar una arquitectura biónica funcional.
"Con este trabajo, podemos imaginar enormes oportunidades para aplicaciones biohíbridas de próxima generación", dice Mannoor. "Por ejemplo, algunas bacterias pueden brillar, mientras que otras perciben toxinas o producen combustible. Al integrar estos microbios con nanomateriales,potencialmente podríamos realizar muchos otros increíbles biohíbridos de diseño para el medio ambiente, defensa, atención médica y muchos otros campos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología Stevens . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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