Superhrdinský nanobionický žampion. Kredit: Sudeep Joshi, Stevens Institute of Technology.

Nanoinženýři dělají podivuhodné věci. Tým amerického institutu Stevens Institute of Technology v New Jersey si v obchodě pořídil obyčejný žampion, tedy pečárku. A udělal z něj drsnou nanobionickou houbu. Badatelé žampion vylepšili o 3D tištěný materiál se sinicemi, který generuje elektřinu, a o 3D tištěný materiál s grafenovými nanopásky, které mohou vést elektrický proud. Jejich výzkum uveřejnil časopis Nano Letters.

Manu Mannoor.

Kredit: Stevens Institute of Technology.

Zní to tak trochu jako z Alenky v říši divů. Ale bionické houby jsou součástí promyšleného úsilí o hlubší pochopení buněčných mechanismů, které pak budeme moci využít k vývoji nových technologií. Na těchto základech by mohly vyrůst nové systémy pro využití v armádě a bezpečnosti, zdravotnictví i ochraně a managementu životního prostředí.
Jak podotýká šéf výzkumu Manu Mannoor jejich systém, tedy bionický žampion, produkuje elektřinu. Pomocí 3D tisku do něj zabudovali fotosyntetické sinice, které jsou za tu elektřinu zodpovědné. A grafenový materiál se postaral o vedení elektrického proudu. Tím vznikl unikátní a funkční bionický komplex.

Stevens Institute of Technology.

To, že sinice, čili fotosyntetické bakterie, dovedou produkovat elektřinu, není pro bioinženýry žádným překvapením. Využití sinic v bionických systémech ale doposud bylo jenom omezené. Hlavní problém je v tom, že sinice nevydrží moc dlouho na umělých biokompatabilních substrátech. Proto Mannoor a jeho spolupracovníci vzali žampion, tedy organismus, na jehož povrchu normálně žije spousta mikrobů – ale nikoliv sinic – a otestovali, jestli takový žampion poskytne sinicím dostatečně vhodné prostředí. Navlékli na žampion nanobionický kostým a sledovali, co se bude dít.

3D vytištěné sinice. Kredit: Sudeep Joshi, Stevens Institute of Technology.

Zjistili, že sinice v bionické nanotechnologii vydrží na povrchu žampionu naživu o několik dní déle, než na povrchu silikonového nebo mrtvého žampionu, které v tomto experimentu posloužily jako kontrola. Ukázalo se, že houba představuje pro sinice vhodné prostředí s výživou. Nanoinženýři vlastně vytvořili hybridní systém s umělou symbiózou mezi dvěma evolučně velmi vzdálenými organismy.

Jak vyrobit bionický nanotech žampion? Potřebujete 3D tiskárnu s robotickou paží. S ní nejprve vytisknete elektronickým inkoustem s grafenovými nanopásky vodivou síť, která na povrchu žampionu sbírá generovanou bioelektřinu z buněk sinic. Pak vytisknete živou část bionického kostýmu houby bioinkoustem, který obsahuje živé a motivované sinice. Čím hustěji jsou sinice tímto způsobem 3D vytištěné, tím více produkují při fotosyntéze elektřiny.

Bionické nanotech žampiony otevírají dveře pozoruhodným aplikacím nové generace bio-hybridních aplikací. V nich by se mohli uplatnit mikrobi, co světélkují, detekují toxiny nebo třeba vyrábějí palivo. Stačí je jenom důmyslně propojit s nanotechnologiemi a nalézt vhodný biokompatibilní povrch. Už teď se těšíme na nové bionické zázraky ze 3D tiskárny.

Literatura
Stevens Institute of Technology 7. 11. 2018, Nano Letters. Online 7. 11. 2018.