Бионический шампиньон использует бактерии и графен для выработки электричества
Учёные из Технологического института Стивенса, США, протестировали необычную идею производства электроэнергии при помощи гриба, покрытого особыми бактериями. Чтобы закрепить бактерии, производящие энергию, на шляпке обычного шампиньона, специалисты использовали трёхмерную печать.
Исследователи всего мира сегодня занимаются созданием альтернативных источников энергии. Цианобактерии могут генерировать электрический ток не только под воздействием солнечного света, но и в темноте. Это одна из причин, по которой они интересуют многих специалистов.
Многие подобные организмы, широко распространённые в океанах и на суше, исследуются на предмет их способности превращать солнечный свет в электрический ток. Но есть одно "но": они не могут жить на искусственных поверхностях на протяжении долгого времени. Следовательно, это не позволяет им реализовать свой энергетический потенциал.
Здесь-то и пригодится обыкновенный шампиньон, который уже является домом для многих форм бактериальной жизни. Как говорят учёные, гриб обладает привлекательным набором питательных веществ, в нём достаточно необходимой микроорганизмам влаги и температура у него вполне подходящая.
Как признаются разработчики нового бионического гриба, им эта идея пришла во время обеда. После чего американские специалисты и разработали метод "скрещивания" гриба с бактериями.
"Однажды мы с друзьями вместе пошли на обед и заказали блюдо из грибов. Во время обсуждения мы поняли, что они наделены богатой микробиотой. Поэтому мы подумали, почему бы не использовать грибы в качестве среды для цианобактерий. Мы решили объединить их и посмотреть, что произойдёт", — рассказывает автор исследования Судип Джоши (Sudeep Joshi).
Как отмечается в пресс-релизе исследования, разработчики купили в магазине обыкновенный гриб и сделали его бионическим, "зарядив" кластерами цианобактерий, которые генерируют электричество.
Заодно шампиньон снабдили графеновыми нанолентами, способными собирать ток.
Сначала специалисты воспользовались трёхмерной печатью, чтобы при помощи электронных чернил создать ветвистый узор на шляпке шампиньона. Чернила содержали графеновые наноленты. Таким образом была создана сеть электродов.
После этого учёные использовали биочернила, содержащие цианобактерии. При помощи всё той же трёхмерной печати они создали спиральный узор поверх первого ветвистого рисунка. В результаты биочернила пересекались с электронными чернилами в нескольких точках.
Когда учёные осветили гриб светом, начался фотосинтез. Бактерии порождали электроны, которые проходили через их внешнюю мембрану. В точках на шляпке гриба, где биочернила пересекаются с электрическими чернилами, эти электроны могли "перетекать" через внешние мембраны бактерий в проводящую сеть графеновых нанолент.
В итоге "установка" начала вырабатывать электричество. Таким образом специалисты доказали работоспособность идеи.
Система генерировала ток силой около 65 наноампер. Хотя этого недостаточно для питания устройства, несколько грибов, соединённых вместе, могут заставить гореть небольшую лампу, говорят авторы работы.
"В данном случае наша система в виде бионического гриба производит электричество. Объединив цианобактерии, которые могут производить электричество, с наноразмерными материалами, способными собирать ток, мы смогли больше узнать об их свойствах и создать совершенно новую функциональную бионическую систему", — подводит итог автор работы Ману Маннур (Manu Mannoor).
Говоря о достоинствах эксперимента, учёные отмечают, что бактерии на грибе продержались на несколько дней дольше по сравнению с цианобактериями, размещёнными на других поверхностях. Иными словами, гриб обеспечил идеальную среду, позволяющую цианобактериям генерировать небольшое количество энергии.
На сегодня учёные изучают способы увеличения электрической мощности бионического гриба. Они полагают, что их разработка поможет в создании механизмов, способных на биолюминесцентное освещение.
Сами учёные называют свою разработку инженерным симбиозом. "Если мы проведём больше исследований в этой области, мы действительно сможем продвинуть её вперёд и получить эффективную зелёную технологию", — добавляет Джоши.
Результаты работы представлены в научном издании Nano Letters.
Ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как выработали электричество покрытые бактериями обои. Кроме того, мы сообщали о том, как светлячки помогли создать биолюминесцентные растения. Они могут заменить светильники и даже фонари.
