p Em sua última façanha de engenharia, pesquisadores do Stevens Institute of Technology pegaram um cogumelo de botão branco comum de uma mercearia e o tornaram biônico, sobrecarregando-o com aglomerados impressos em 3-D de cianobactérias que geram eletricidade e redemoinhos de nanofitas de grafeno que podem coletar a corrente. p O trabalho, relatado na edição de 7 de novembro da Nano Letras , pode soar como algo saído de Alice no país das maravilhas, mas os híbridos são parte de um esforço mais amplo para melhorar nossa compreensão da maquinaria biológica das células e como usar essas engrenagens e alavancas moleculares intrincadas para fabricar novas tecnologias e sistemas úteis de defesa, saúde e meio ambiente.

p "Nesse caso, nosso sistema - este cogumelo biônico - produz eletricidade, "disse Manu Mannoor, professor assistente de engenharia mecânica na Stevens. "Ao integrar cianobactérias que podem produzir eletricidade, com materiais em nanoescala capazes de coletar a corrente, conseguimos acessar melhor as propriedades exclusivas de ambos, aumentá-los, e criar um sistema biônico funcional inteiramente novo. "

p A capacidade das cianobactérias de produzir eletricidade é bem conhecida nos círculos da bioengenharia. Contudo, os pesquisadores têm se limitado ao uso desses micróbios em sistemas de bioengenharia porque as cianobactérias não sobrevivem por muito tempo em superfícies artificiais biocompatíveis. Mannoor e Sudeep Joshi, um pós-doutorado em seu laboratório, me perguntei se cogumelos de botão brancos, que hospedam naturalmente uma microbiota rica, mas não cianobactérias especificamente, poderia fornecer o ambiente certo - nutrientes, umidade, pH e temperatura - para as cianobactérias produzirem eletricidade por um período mais longo.

p Mannoor e Joshi mostraram que as células cianobacterianas duravam vários dias a mais quando colocadas na tampa de um cogumelo branco do que um silicone e um cogumelo morto como controles adequados. "Os cogumelos servem essencialmente como um substrato ambiental adequado com funcionalidade avançada de nutrir as cianobactérias produtoras de energia, "diz Joshi." Mostramos pela primeira vez que um sistema híbrido pode incorporar uma colaboração artificial, ou simbiose projetada, entre dois reinos microbiológicos diferentes. "

p Mannoor e Joshi usaram uma impressora 3D baseada em braço robótico para imprimir primeiro uma "tinta eletrônica" contendo as nanofitas de grafeno. Esta rede ramificada impressa serve como uma rede coletora de eletricidade no topo do cogumelo, agindo como uma nanossonda - para acessar bioelétrons gerados dentro das células cianobacterianas. Imagine agulhas cravadas em uma única célula para acessar os sinais elétricos dentro dela, explica Mannoor.

p Próximo, eles imprimiram uma "bio-tinta" contendo cianobactérias na tampa do cogumelo em um padrão espiral que se cruza com a tinta eletrônica em vários pontos de contato. Nesses locais, elétrons poderiam ser transferidos através das membranas externas das cianobactérias para a rede condutora de nanofitas de grafeno. Brilhar a luz sobre os cogumelos ativou a fotossíntese de cianobactérias, gerando uma fotocorrente.

p Além das cianobactérias viverem mais em um estado de simbiose projetada, Mannoor e Joshi mostraram que a quantidade de eletricidade que essas bactérias produzem pode variar dependendo da densidade e do alinhamento com que são embaladas, de modo que quanto mais densamente compactados eles estiverem, quanto mais eletricidade eles produzem. Com impressão 3-D, era possível montá-los de modo a aumentar sua atividade de produção de eletricidade oito vezes mais do que as cianobactérias fundidas com uma pipeta de laboratório.

p Recentemente, alguns pesquisadores têm células bacterianas impressas em 3-D em diferentes padrões geométricos espaciais, mas Mannoor e Joshi, bem como co-autor Ellexis Cook, não são apenas os primeiros a padronizá-lo para aumentar seu comportamento de geração de eletricidade, mas também integrá-lo para desenvolver uma arquitetura biônica funcional.

p “Com este trabalho, podemos imaginar enormes oportunidades para aplicações bio-híbridas de próxima geração, "Mannoor diz." Por exemplo, algumas bactérias podem brilhar, enquanto outros detectam toxinas ou produzem combustível. Integrando perfeitamente esses micróbios com nanomateriais, poderíamos potencialmente realizar muitos outros bio-híbridos incríveis para o meio ambiente, defesa, saúde e muitos outros campos. "