일부 박테리아는 과학자들이 활용하고 싶어하는 초능력을 가지고 있습니다. 이 미생물은 식물처럼 빛으로부터 에너지를 포착합니다. 과학자들은 이 박테리아를 이용하여 전기를 만들고자 했습니다. 그러나 이전 연구에서는 인공 표면에서 오래 살아남지 못했습니다. 연구원들은 이제 그것들을 살아있는 표면인 버섯으로 옮겼습니다. 그들의 창조물은 electrici를 만드는 최초의 버섯입니다.

Sudeep Joshi는 응용 물리학자입니다. 그는 뉴저지 주 호보켄에 있는 스티븐스 공과대학에서 일하고 있습니다. 그와 그의 동료들은 그 버섯(곰팡이)을 미니 에너지 농장으로 바꿨습니다. 이 바이오닉 버섯은 3D 프린팅, 전도성 잉크 및 박테리아를 결합하여 전기를 생성합니다. 그 디자인은 자연과 전자 제품을 결합하는 새로운 방법으로 이어질 수 있습니다.

시아노박테리아(남조류라고도 함)는 햇빛에서 스스로 양분을 만듭니다. 식물과 마찬가지로 물 분자를 쪼개어 전자를 방출하는 과정인 광합성을 사용하여 이를 수행합니다. 박테리아는 이러한 길 잃은 전자를 많이 내뱉습니다. 충분한 전자가 한 곳에 축적되면 전류를 생성할 수 있습니다.

연구원들은 이러한 많은 박테리아를 함께 뭉쳐야 했습니다. 그들은 3D 프린팅을 사용하여 표면에 정확하게 증착하기로 결정했습니다. Joshi의 팀은 그 표면에 버섯을 선택했습니다. 결국, 그들은 버섯이 자연적으로 박테리아 및 기타 미생물 군집을 수용한다는 것을 깨달았습니다. 테스트 대상을 찾는 것은 쉬웠습니다. Joshi는 단순히 식료품점에 가서 흰색 양송이 버섯을 집어 들었습니다.

그러나 그 버섯에 인쇄하는 것은 정말 어려운 일이었습니다. 3D 프린터는 평평한 표면에 인쇄하도록 설계되었습니다. 버섯 모자는 구부러져 있습니다. 연구원들은 문제를 해결하기 위해 컴퓨터 코드를 작성하는 데 몇 달을 보냈습니다. 결국 그들은 구부러진 버섯 꼭대기에 잉크를 3D 인쇄하는 프로그램을 생각해 냈습니다.

연구원들은 버섯에 두 개의 “잉크”를 인쇄했습니다. 하나는 시아노박테리아로 만든 녹색 잉크였습니다. 그들은 이것을 사용하여 캡에 나선형 패턴을 만들었습니다. 그들은 또한 그래핀으로 만든 검정 잉크를 사용했습니다. 그래핀은 전기 전도성이 뛰어난 얇은 탄소 원자 시트입니다. 그들은 이 잉크를 버섯 모양의 윗부분을 가로지르는 분기 패턴으로 인쇄했습니다.

그런 다음 빛날 시간이었습니다.

“시아노박테리아는 여기에서 진정한 영웅입니다.”라고 Joshi는 말합니다. 그의 팀이 버섯에 빛을 비추면 미생물이 전자를 내뱉습니다. 그 전자들은 그래핀으로 흘러들어가 전류를 만들었다.

팀은 2018년 11월 7일 Nano Letters에 결과를 발표했습니다.

현재 생각

이와 같은 실험을 “개념 증명”이라고 합니다. 그들은 아이디어가 가능하다는 것을 확인합니다. 연구원들은 아직 실용화할 준비가 되지 않았음에도 불구하고 그들의 아이디어가 효과가 있음을 보여주었습니다. 이 정도까지 달성하려면 몇 가지 영리한 혁신이 필요했습니다. 첫 번째는 미생물이 버섯에 재배치되는 것을 받아들이도록 하는 것이었습니다. 두 번째 큰 문제: 곡면에 인쇄하는 방법을 알아내는 것입니다.

지금까지 Joshi의 그룹은 대략 70나노암페어의 전류를 생성했습니다. 작습니다. 정말 작습니다. 60와트 전구에 전력을 공급하는 데 필요한 전류의 약 700만분의 1입니다. 분명히, 생체 공학 버섯은 우리의 전자 제품에 즉시 전원을 공급하지 않을 것입니다.

그럼에도 불구하고 Joshi는 결과가 생물(예: 박테리아 및 버섯)과 무생물 재료(예: 그래핀)를 결합할 가능성을 보여준다고 말합니다.

연구원들이 잠시 동안 미생물과 버섯이 협력하도록 설득했다는 점은 주목할 만하다고 Marin Sawa는 말합니다. 그녀는 영국 Imperial College London의 화학 엔지니어입니다. 그녀는 시아노박테리아와 함께 일하지만 새로운 연구에는 참여하지 않았습니다.

두 가지 생명체를 함께 짝짓는 것은 친환경 전자공학 분야의 흥미로운 연구 분야라고 그녀는 말합니다. 녹색으로 그녀는 폐기물을 제한하는 친환경 기술을 언급하고 있습니다.

연구원들은 죽은 버섯과 실리콘이라는 두 개의 다른 표면에 시아노박테리아를 인쇄했습니다. 각각의 경우에 미생물은 약 하루 안에 사멸했습니다. 그들은 살아있는 버섯에서 두 배 이상 오래 생존했습니다. Joshi는 살아있는 버섯에서 미생물의 긴 수명이 공생의 증거라고 생각합니다. 그것은 두 유기체가 그들 중 적어도 하나를 돕는 방식으로 공존하는 때입니다.

그러나 Sawa는 그렇게 확신하지 않습니다. 그녀는 공생이라고 부르려면 버섯과 박테리아가 훨씬 더 오래, 적어도 일주일은 함께 살아야 한다고 말했습니다.

무엇이라고 부르든 Joshi는 조정할 가치가 있다고 생각합니다. 그는 이 시스템이 크게 개선될 수 있다고 생각합니다. 그는 다른 연구원들로부터 아이디어를 수집하고 있습니다. 일부는 다른 버섯으로 작업할 것을 제안했습니다. 다른 이들은 시아노박테리아의 유전자를 수정하여 더 많은 전자를 만들도록 조언했습니다.

“자연은 당신에게 많은 영감을 줍니다.”라고 Joshi는 말합니다. 공통 부분이 함께 작동하여 놀라운 결과를 생성할 수 있습니다. 버섯과 시아노박테리아는 여러 곳에서 자라며 그래핀도 탄소일 뿐이라고 그는 지적합니다. “당신은 그것을 관찰하고 실험실에 와서 실험을 시작합니다. 그리고 정말 운이 좋다면 전구가 꺼질 것입니다.”라고 그는 말합니다.

이것은 Lemelson Foundation의 관대 한 지원으로 가능해진 기술 및 혁신에 대한 뉴스를 제공하는 시리즈 중 하나입니다.