Los hongos biónicos cubiertos en cianobacterias impresas en 3D producen bioelectricidad

Los investigadores del Instituto de Tecnología Stevens han desarrollado hongos biónicos que usan grafeno para producir electricidad. Más exactamente, los investigadores agregaron grupos impresos en 3D de cianobacterias a la tapa de la seta, lo que le dio a los hongos la capacidad de generar electricidad. También ponen en nanoribbons de grafeno para recoger la corriente.

La sorprendente 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 mucho tiempo en superficies artificiales biocompatibles. Mannoor y Sudeep Joshi, un becario postdoctoral en su laboratorio, se preguntaron si los hongos, que naturalmente albergan una gran variedad de bacterias, podrían proporcionar el ambiente adecuado (nutrientes, humedad, pH y temperatura) para que las cianobacterias produzcan electricidad para un período más largo.

Los productos de biomanufactura se recuperan de fuentes naturales, como las células animales o vegetales. Las células utilizadas durante la producción pueden haber sido naturales o derivadas de técnicas genéticas. Desde el Grupo de investigación de Arquitectura Genética de la Universidad Internacional de Cataluña (UIC) y su Master de Arquitectura Biodigital.

«En este caso, nuestro sistema, este hongo biónico, produce electricidad», dijo Manu Mannoor, profesor asistente de ingeniería mecánica en Stevens. «Al integrar cianobacterias que pueden producir electricidad, con materiales a nanoescala capaces de recolectar la corriente, pudimos acceder mejor a las propiedades únicas de ambos, aumentarlos y crear un sistema biónico funcional completamente nuevo».

Mannoor y Joshi demostraron que las células cianobacterianas duraron varios días más cuando se colocaron en la tapa de un champiñón blanco frente a una silicona y un hongo muerto como controles adecuados. «Los hongos sirven esencialmente como un sustrato ambiental adecuado con una funcionalidad avanzada para nutrir la energía produciendo cianobacterias», dice Joshi.

«Mostramos por primera vez que un sistema híbrido puede incorporar una colaboración artificial, o simbiosis diseñada, entre dos reinos microbiológicos diferentes».

Para desarrollar su hongo biónico, Mannoor y Joshi utilizaron una impresora 3D robótica basada en el brazo para imprimir primero una «tinta electrónica» que contiene los nanocintas de grafeno. Esta red ramificada impresa sirve como una red de recolección de electricidad sobre la tapa de la seta al actuar como una nano-sonda – para acceder a los bioelectrones generados dentro de las células cianobacterianas. Imagina que las agujas se adhieren a una sola celda para acceder a las señales eléctricas dentro de ella, explica Mannoor.

Luego, imprimieron una «tinta biológica» que contenía cianobacterias en la tapa de la seta en un patrón en espiral que se intersecaba 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 conductora de nanocintas de grafeno. Alumbrando sobre los hongos se activó la fotosíntesis cianobacteriana, generando una fotocorriente.

Si este artículo te está pareciendo interesante, entonces seguramente querrás leer «Destellos con vida, de la naturaleza bioluminiscente a la era biodigital»

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 dependiendo de la densidad y la alineación con las que se empaquetan, de modo que son más densamente empaquetadas. Cuanta 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.

«Con este trabajo, podemos imaginar enormes oportunidades para aplicaciones bio-híbridas de próxima generación», dice Mannoor. «Por ejemplo, algunas bacterias pueden brillar, mientras que otras detectan toxinas o producen combustible. Al integrar a la perfección estos microbios con los nanomateriales, podríamos realizar muchos otros increíbles biohíbridos de diseño para el medio ambiente, la defensa, la atención médica, la arquitectura y muchos otros campos».