當(dāng)你將高科技世界的“奇跡材料”——石墨烯——與卑微的真菌結(jié)合在一起時(shí)，你會(huì)得到什么？當(dāng)然是仿生蘑菇。

史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員在Nano Letters上發(fā)表文章，介紹了藍(lán)藻細(xì)胞和石墨烯納米帶在蘑菇蓋兒上的無(wú)縫融合。得到的組合代表了微生物王國(guó)（藍(lán)藻細(xì)菌和蘑菇）和智能電子納米材料（石墨烯納米帶）之間的一種三維接口。

研究人員認(rèn)為，這種方法——他們稱(chēng)之為細(xì)菌納米仿生學(xué)——可以促進(jìn)用于從傳感器到“智能”水凝膠材料的應(yīng)用的下一代“專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的生物雜交”功能架構(gòu)的開(kāi)發(fā)。

為了開(kāi)發(fā)他們的仿生蘑菇，史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員首先尋找了一種方法來(lái)延長(zhǎng)藍(lán)藻細(xì)菌的壽命。雖然藍(lán)藻具有驚人的發(fā)電能力，但其生存期也很短，嚴(yán)重限制了其用途。通過(guò)將藍(lán)藻放在蘑菇蓋兒上，研究人員將藍(lán)藻細(xì)菌的生存期延長(zhǎng)至數(shù)天。

然后，他們開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)將含有石墨烯納米帶的電子墨水打印到蘑菇蓋兒上來(lái)收取藍(lán)藻產(chǎn)生的電的方法。

圖片來(lái)源：Sudeep Joshi/Stevens Institute of Technology

通過(guò)3D打印得到的密集藍(lán)藻（綠色）增加了發(fā)電行為。

史蒂文斯的博士后研究人員、這篇文章的共同作者Sudeep Joshi說(shuō)：“這些石墨烯納米帶與藍(lán)藻細(xì)胞的外膜形成了大量的直接物理連接位點(diǎn)，想象一下針插入一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞來(lái)獲取它里面的電信號(hào)。”

當(dāng)光聚焦在石墨烯包覆的蘑菇蓋兒上時(shí)，藍(lán)藻進(jìn)行光合作用。電子在水分子分裂期間作為副產(chǎn)物釋放。此時(shí)，附著于藍(lán)藻的石墨烯納米帶充當(dāng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，將這些電子轉(zhuǎn)移到電化學(xué)電池裝置中的外部電路。

Sudeep Joshi?和他的同事們認(rèn)為，3D打印細(xì)菌納米仿生學(xué)有很多發(fā)展機(jī)會(huì)及應(yīng)用。這些應(yīng)用將利用不同細(xì)菌的獨(dú)特能力，例如生物發(fā)光、毒素感應(yīng)或在此例中的光合作用。

Joshi說(shuō)：“我們相信，在我們目前的研究中開(kāi)發(fā)的技術(shù)也可以擴(kuò)展到使用智能水凝膠材料3D打印其他細(xì)菌菌落，以推進(jìn)仿生集成研究。此外，我們?cè)O(shè)想這種3D打印細(xì)菌納米仿生學(xué)方法可以以復(fù)雜的排列方法組織不同種類(lèi)的細(xì)菌，來(lái)研究影響其他細(xì)菌群居行為（例如生物發(fā)光和感知毒性）的空間和環(huán)境參數(shù)?！?/p>

在這些方面，Joshi和他的同事們將繼續(xù)將他們的方法應(yīng)用于其他細(xì)菌物種，以監(jiān)測(cè)和控制空間幾何和分布密度的影響。具體而言，他們將關(guān)注存在于人類(lèi)內(nèi)臟、皮膚、腸道和口腔中的微生物群。

Joshi補(bǔ)充說(shuō)：“這些微生物群中的微生物種群密度與個(gè)體的健康和福祉直接相關(guān)。我們特別期待通過(guò)‘細(xì)菌納米仿生學(xué)’來(lái)設(shè)計(jì)人類(lèi)微生物群及其對(duì)人類(lèi)福祉的影響。”