蓝藻细胞和石墨烯纳米带在蘑菇盖儿上的无缝融合

当你将高科技世界的“奇迹材料”——石墨烯——与卑微的真菌结合在一起时，你会得到什么？当然是仿生蘑菇。

史蒂文斯理工学院的研究人员在Nano Letters上发表文章，介绍了蓝藻细胞和石墨烯纳米带在蘑菇盖儿上的无缝融合。得到的组合代表了微生物王国（蓝藻细菌和蘑菇）和智能电子纳米材料（石墨烯纳米带）之间的一种三维接口。

研究人员认为，这种方法——他们称之为细菌纳米仿生学——可以促进用于从传感器到“智能”水凝胶材料的应用的下一代“专门设计的生物杂交”功能架构的开发。

为了开发他们的仿生蘑菇，史蒂文斯理工学院的研究人员首先寻找了一种方法来延长蓝藻细菌的寿命。虽然蓝藻具有惊人的发电能力，但其生存期也很短，严重限制了其用途。通过将蓝藻放在蘑菇盖儿上，研究人员将蓝藻细菌的生存期延长至数天。

然后，他们开发了一种通过将含有石墨烯纳米带的电子墨水打印到蘑菇盖儿上来收取蓝藻产生的电的方法。

图片来源：Sudeep Joshi/Stevens Institute of Technology

通过3D打印得到的密集蓝藻（绿色）增加了发电行为。

史蒂文斯的博士后研究人员、这篇文章的共同作者Sudeep Joshi说：“这些石墨烯纳米带与蓝藻细胞的外膜形成了大量的直接物理连接位点，想象一下针插入一个细菌细胞来获取它里面的电信号。”

当光聚焦在石墨烯包覆的蘑菇盖儿上时，蓝藻进行光合作用。电子在水分子分裂期间作为副产物释放。此时，附着于蓝藻的石墨烯纳米带充当导电网络，将这些电子转移到电化学电池装置中的外部电路。

Sudeep Joshi 和他的同事们认为，3D打印细菌纳米仿生学有很多发展机会及应用。这些应用将利用不同细菌的独特能力，例如生物发光、毒素感应或在此例中的光合作用。

Joshi说：“我们相信，在我们目前的研究中开发的技术也可以扩展到使用智能水凝胶材料3D打印其他细菌菌落，以推进仿生集成研究。此外，我们设想这种3D打印细菌纳米仿生学方法可以以复杂的排列方法组织不同种类的细菌，来研究影响其他细菌群居行为（例如生物发光和感知毒性）的空间和环境参数。”

在这些方面，Joshi和他的同事们将继续将他们的方法应用于其他细菌物种，以监测和控制空间几何和分布密度的影响。具体而言，他们将关注存在于人类内脏、皮肤、肠道和口腔中的微生物群。

Joshi补充说：“这些微生物群中的微生物种群密度与个体的健康和福祉直接相关。我们特别期待通过‘细菌纳米仿生学’来设计人类微生物群及其对人类福祉的影响。”