تخليق فطر بيوني يولد الكهرباء من الميكروبات
تأليف تيبي بوي
ترجمة: إبراهيم عبدالله العلو

ما الذي تحصل عليه عندما تطبع بالطباعة الثلاثية الأبعاد البكتيريا الزرقاء(الزراقم) في فطر؟

مولد كهربائي وفق المهندسين الميكانيكين في معهد ستيفنسن للتكنولوجيا في نيوجيرسي حيث قاموا بخلطهما مع شبكة من إنشوطة نانوية من الجرافين التي تقوم بنقل التيار وأطلقوا على ذلك الفطر البيوني.

تستخدم البكتيريا الزرقاء –وهي كائنات وحيدة الخلية تعرف ايضاً بالطحالب الزرقاء- طاقة الشمس والماء وثاني أوكسيد الكربون لإنتاج الأوكسجين في عملية التركيب الضوئي. لقد غيرت تلك البكتيريا قبل 2.6 مليار سنة حالة الطقس إلى الأبد من خلال ضخ الأوكسجين وتحويل الكوكب بشكل تدريجي من أرض جحيمية إلى واحة تنبض بالحياة. وبدون هذا التحول والذي يعرف بحادثة الأكسجة العظيمة لن يكون هناك حشرات او أسماك أو بشر.

وتعرف البكتيريا الزرقاء بين المهندسين الحيويين لمقدرتها على توليد دفقات صغيرة من الكهرباء مما جعلها مرشحة محتملة لتوليد الطاقة. استخدم البحاثة عام 2016 في جامعة بينج هامتون البكتيريا الزرقاء لصنع لوح شمسي –حيوي والآن قام البحاثة في نيوجيرسي بإدماج الميكروبات مع المواد النانوية والفطر لتوليد الكهرباء.

يقول الدكتور مانو مانور أستاذ الهندسة الميكانيكية في معهد ستيفنس” يقوم الفطر البيانوي في هذه الحالة بتوليد الكهرباء من خلال إدماج البكتيريا التي تستطيع توليد الكهرباء مع مواد على المستوى النانوي قادرة على تجميع التيار وتمكنا من الوصول إلى الخصائص المتفردة لهما وتجميعهما وإبتكار نظام بيوني فعال وجديد.”

An electrode network and cyanobacteria were 3D printed on a mushroom to generate bio-electricity. Image credit: Joshi et al, doi: 10.1021/acs.nanolett.8b02642.

الفطر الأبيض لذيذ الطعم ويأوي مجهريات غنية تقوم البكتيريا الزرقاء بإلتهامها. وعندما وضعت على سطح الفطر الأبيض تعرضت البكتيريا الزرقاء لمستويات مثالية من المواد المغذية والرطوبة ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة. أظهرت التجارب أن هذا التجهيز ولد كميات صغيرة من الكهرباء واستمرت لعدة أيام أكثر من السيليكون أو الفطر الميت والتي استخدمت للمقارنة.

ويذكر الباحث سوديب جوشي 

“يستخدم الفطر كركيزة بيئية ملائمة ذات فعالية متطورة تتمثل في تغذية البكتيريا الزرقاء المولدة للطاقة. وأثبتنا للمرة الأولى أن النظام الهجين يستطيع دمج تعاون إصطناعي أو هندسة تكافلية بين مملكتين ميكروبيولوجيتين مختلفتين.”
ومن أجل تجميع التيار قام البحاثة بطباعة ثلاثية الأبعاد “لحبر كهربائي” مكون من إنشوطة جرافينية نانوية والتي شكلت شبكة متفرعة. كما تم طبع البكتيريا الزرقاء طباعة ثلاثية الأبعاد “كحبر حيوي” على سطح الفطر في نمط حلزوني تقاطع مع الإنشوطات الجرافينية. 

	Credit: Sudeep Joshi/Stevens Institute of Technology.

وبهذه الطريقة تنتقل الإلكترونات عبر الأغشية الخارجية من الميكروبات إلى الشبكة الموصلة. وعندما سلط الضوء على الفطر تم تحفيز التركيب الضوئي مما أدى إلى توليد التيار الضوئي- وهذا هو نموذج آخر من اللوح الشمسي الحيوي.

تتباين كمية الطاقة المولدة من هذا الفطر البيوني تبعاً لكثافة وتموضع البكتيريا حسب ما ذكر المؤلفين في دورية رسائل النانو. وكلما حشرت البكتريا بكثافة أعلى كلما زادت كمية الكهرباء المولدة وهنا يأتي دور الطباعة الثلاثية الأبعاد.

يقول مانور”نستطيع تخيل إمكانات هائلة عبر هذا العمل للجيل التالي من التطبيقات البيو-هجينة . يمكن لبعض البكتيريا التوهج بينما تستشعر بعضها الآخر السموم وقد تنتج الوقود. ومن خلال تكامل هذه الميكروبات مع المواد النانوية نستطيع تصميم هجائن حيوية أخرى لحقول البيئة والدفاع والرعاية الصحية وغيرها من الحقول”.

المصدر:

https://www.zmescience.com/science/news-science/bionic-mushroom-04323/