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照片來源：Sudeep Joshi / Stevens Institute of Technology

當你將高科技世界的“奇蹟材料”——石墨烯——與卑微的真菌結合在一起時，你會得到什麼？當然是仿生蘑菇。

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

研究人員認爲，這種方法——他們稱之爲細菌納米仿生學——可以促進用於從傳感器到“智能”水凝膠材料的應用的下一代“專門設計的生物雜交”功能架構的開發。

爲了開發他們的仿生蘑菇，史蒂文斯理工學院的研究人員首先尋找了一種方法來延長藍藻細菌的壽命。雖然藍藻具有驚人的發電能力，但其生存期也很短，嚴重限制了其用途。通過將藍藻放在蘑菇蓋兒上，研究人員將藍藻細菌的生存期延長至數天。

然後，他們開發了一種通過將含有石墨烯納米帶的電子墨水打印到蘑菇蓋兒上來收取藍藻產生的電的方法。

圖片來源：Sudeep Joshi/Stevens Institute of Technology

通過3D打印得到的密集藍藻（綠色）增加了發電行爲。

史蒂文斯的博士後研究人員、這篇文章的共同作者Sudeep Joshi說：“這些石墨烯納米帶與藍藻細胞的外膜形成了大量的直接物理連接位點，想象一下針插入一個細菌細胞來獲取它裏面的電信號。”

當光聚焦在石墨烯包覆的蘑菇蓋兒上時，藍藻進行光合作用。電子在水分子分裂期間作爲副產物釋放。此時，附着於藍藻的石墨烯納米帶充當導電網絡，將這些電子轉移到電化學電池裝置中的外部電路。 

Sudeep Joshi 和 他的同事們認爲，3D打印細菌納米仿生學有很多發展機會及應用。這些應用將利用不同細菌的獨特能力，例如生物發光、毒素感應或在此例中的光合作用。

Joshi說：“我們相信，在我們目前的研究中開發的技術也可以擴展到使用智能水凝膠材料3D打印其他細菌菌落，以推進仿生集成研究。此外，我們設想這種3D打印細菌納米仿生學方法可以以複雜的排列方法組織不同種類的細菌，來研究影響其他細菌羣居行爲（例如生物發光和感知毒性）的空間和環境參數。”

在這些方面，Joshi和他的同事們將繼續將他們的方法應用於其他細菌物種，以監測和控制空間幾何和分佈密度的影響。具體而言，他們將關注存在於人類內臟、皮膚、腸道和口腔中的微生物羣。

Joshi補充說：“這些微生物羣中的微生物種羣密度與個體的健康和福祉直接相關。我們特別期待通過‘細菌納米放生學’來設計人類微生物羣及其對人類福祉的影響。”

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