بكتيريا تمتطي فطرًا إلكترو-حيويًّا من أجل توليد الكهرباء

ما الذي قد تحصل عليه عندما تجمع بين مادة عاليةِ التقنية ألا وهي الغرافين (المادة العجيبة)، وفطرٍ بسيط؟ فطر إلكترو-حيويّ بالتأكيد.

دمجَ باحثون من معهد ستيفنس للتكنولوجيا The Stevens Institute of Technology خلايا البكتيريا الزرقاء Cyanobacterial (أو ما يسمَّى الطحالب الخضر المزرقة) وأشرطة الغرافين النانوية على قبعة فطر، ويُمثِّل ناتج هذا الدمج حلقةَ وصلٍ ثلاثية الأبعاد بين المملكة الميكروبيولوجية (البكتيريا الزرقاء والفطر) ومواد نانوية إلكترونية ذكية (أشرطة الغرافين النانوية). ويعتقد الباحثون بأنَّ هذا النهج المعروف بالبكتيريا النانوية الإلكتروحيوية قادرٌ على تحفيز تطوُّر الهندسة الوظيفية من أجل الجيل القادم (مصمم حيوي هجين) للتطبيقات التي تتباين من الحساسات إلى مواد هيدروجيل ذكية.

ومن أجل تطوير اختراعهم؛ عمل الباحثون أولًا على البحث عن طريقة يمكن بواسطتها زيادة عمر البكتيريا الزرقاء. وعلى الرغم من أن البكتيريا الزرقاء تمتلك قدرةً مدهشة في توليد الكهرباء؛ لكنَّها تمتلك دورةَ حياة قصيرة تحدُّ جدًّا من الفائدة التي تقدمها؛ لذلك استطاع الباحثون -عن طريق وضع هذه البكتيريا على قبعة الفطر- تمديدَ فترة حياة البكتيريا عدِّة أيام. وطور الباحثون بعد ذلك طريقةً للاستفادة من الكهرباء التي تنتجها البكتيريا الزرقاء؛ وذلك بطبع الحبر الإلكتروني الذي يحتوي على أشرطة الغرافين النانوية على قبعة الفطر.

ويقول سوديب جوشي (زميل ما بعد الدكتوراه في معهد ستيفنس ومشارك في تأليف البحث): "تُشكِّل أشرطة الغرافين النانوية نقاط ارتباط فيزيائية كثيرة ومباشرة مع غشاء خلايا البكتيريا الزرقاء الخارجيِّ. فتخيل غرز إبر في خلية بكتيرية للحصول على إشارات كهربائية داخلها".

فعندما يُسلَّط الضوء على قبعة الفطر المغطَّى بالغرافين؛ تعمل البكتيريا الزرقاء على تكوين البناء الضوئي محررة الإلكترونات بوصفها منتجًا ثانويًّا عند انقسام جزيئات الماء. وعند هذه النقطة؛ تعمل أشرطة الغرافين النانوية المرتبطة بخلايا البكتيريا الزرقاء شبكةً موصِّلة لنقل هذه الإلكترونات إلى الدوائر الخارجية في هيكل الخلية الكهروكيميائية.

يعتقد الباحثون بوجود إمكانيات وتطبيقات عديدة لتقنية الطباعة الثلاثية الأبعاد للبكتيريا النانوية الإلكتروحيوية. وتستفيد هذه التطبيقات من القدرات الفريدة لمختلف أنواع البكتيريا؛ مثل: التلألؤ الحيوي Bioliminescence؛ وهي الظاهرة التي تجعل بعض الكائنات الحية قادرةً على بعث الضوء(1) واستشعار السموم، أو البناء الضوئي كما في هذه الحالة.

يؤمن الباحثون بأن التقنية المطوَّرة في أثناء هذا البحث يمكن توسيعها لتشمل الطباعة الثلاثية الأبعاد للمستعمرات البكتيرية الأخرى مع مواد هيدروجيل ذكية للدفع قدمًا بدراسات التكامل الإلكتروحيوية، وأيضًا يتصورون بأنَّ هذا النهج من الطباعة الثلاثية الأبعاد للبكتيريا النانوية الإلكتروحيوية يمكنه تنظيم مختلفِ الأنواع البكتيرية في ترتيبات معقَّدة للتحقُّق من العوامل المكانية والبيئية للتأثير في السلوكيات الاجتماعية البكتيرية الأخرى؛ مثل التلألؤ الحيوي والقدرة على إصابة المضيف بالأمراض. ويضيف جوشي: "ترتبط الكثافةُ السكانية للميكروبات الموجودة في التجمُّعات البكتيرية ارتباطًا مباشرًا بصحة الفرد ورفاهيته. ونحن نتطلَّع بالتحديد إلى هندسةِ الجراثيم البشرية وتأثيرها في رفاهية البشر عن طريق تقنية البكتيريا النانوية الإلكتروحيوية".

المصادر : 

1- هنا

2- هنا

3-هنا