第一個可生物降解和3D打印的真菌電池
真菌作為真核生物，長期以來一直以其藥用潛力吸引著人類，同時在我們的日常生活中發揮著重要作用，無論是作為美食中的食物還是作為病原體。例如，菌絲體已經在3D打印中用于制造揚聲器或瓷磚等物體。因此這些微生物的用途非常廣泛。最近，Empa的研究人員強調了蘑菇的一項新能力：發電潛力。這些3D打印真菌電池可能代表著朝著可持續電力供應邁出的重要一步！
作為Gebert Rüf Stiftung資助的一項為期三年的研究項目的一部分，研究人員開發出了一種由纖維素和木材制成的可生物降解的真菌電池，它通過電力而不是充電來運行。雖然這種3D打印真菌電池產生的能量有限，但仍足以為溫度傳感器供電數天。這使得它在農業領域或環境研究領域的應用特別有前景，特別是為位于偏遠地區的傳感器提供能源。
網格上印刷的電極包含電池陽極室中使用的蘑菇（圖片來源：Empa）
但是3D打印真菌電池是什么？它是由什么制成的？實際上，它并不是傳統的電池，而是微生物燃料電池。這意味著微生物和所有生物一樣，將營養物質轉化為能量。微生物燃料電池利用微生物的新陳代謝，以電能的形式捕獲部分能量。此外，這種電池中使用的真菌發揮著互補的作用：在陽極有一種酵母菌，其新陳代謝會釋放電子，而在陰極有一種白腐真菌，可以產生一種特定的酶。然后這種酶捕獲電子并將其傳導出細胞。與傳統電池不同的是，這些蘑菇不是后來添加的，而是從一開始就是電池不可分割的一部分。
Empa研究員Carolina Reyes解釋道：“這是我們首次將兩種真菌結合在一起，創造出功能性燃料電池。”然后利用3D打印技術來制造這種真菌電池的組件。利用增材制造技術，研究人員能夠設計電極來優化微生物獲取營養物質的途徑。為了實現這一點，蘑菇被加入到印刷油墨中，這個過程非常復雜。
“找到一種可以讓蘑菇正常生長的材料已經很困難了。“此外，墨水必須易于擠出而不會損壞細胞，當然，它還必須具有導電性和可生物降解性，”纖維素和木材材料實驗室負責人古斯塔夫·尼斯特羅姆（Gustav Nyström）說。利用活體材料并結合微生物學、材料科學和電氣工程等不同領域是另一項重大挑戰。卡羅萊納·雷耶斯必須學習新技術并將其應用于3D打印油墨。利用之前在3D打印生物材料方面的經驗，該團隊開發出了一種合適的纖維素基墨水，真菌也可以將其用作營養來源。這會導致電池在使用后性能下降。然而，理想的營養來源仍然是糖，必須補充給細胞。“真菌電池可以干燥儲存，只需添加水和營養物質即可在現場激活，”卡羅萊納·雷耶斯說。
3D打印真菌電池的主要優點是無毒性和可生物降解性，這為其未來在各個領域的應用鋪平了道路。研究人員的目標是提高電池的性能和壽命，同時探索使用其他類型的蘑菇。
編譯整理：3dnatives
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