Empa研究人员3D打印可生物降解真菌电池，电力足以为温度传感器供电数天

2025年1月19日，南极熊获悉，Empa研究人员已经生产出一种 3D 打印的可生物降解真菌电池。据报道，这种活体电池可以为偏远地区的农业或研究传感器供电。一旦完成工作，它就会从内部自我消化。

△在材料科学领域，真菌的研究仍不够充分。图片来源：Empa

作为一项为期三年的研究项目的一部分（项目由 Gebert Rüf Stiftung 资助，属于微生物资助计划的一部分），来自 Empa 纤维素和木材材料实验室的研究人员开发了一种功能齐全的真菌电池。活细胞不会产生大量电能，但足以为温度传感器供电数天。此类传感器用于农业或环境研究。与传统电池不同，真菌电池的最大优势在于它们完全无毒且可生物降解。

严格来说，这种真菌生物“电池”不属于传统电池，而是所谓的微生物燃料电池。与所有生物一样，微生物将营养物质转化为能量。微生物燃料电池利用这种新陈代谢，将部分能量捕获为电能。到目前为止，它们主要由细菌提供动力。Empa 研究员 Carolina Reyes 说道：“我们首次将两种真菌结合在一起，创造出一个功能齐全的燃料电池。”两种真菌的新陈代谢相互补充——酵母菌的新陈代谢在阳极侧释放电子。阴极上生长着一种白腐真菌，它会产生一种特殊的酶——使电子被捕获并传导出细胞。

△打印网格电池阳极室中含有真菌。图片来源：Empa

真菌并非“植入”电池，而是从一开始就是电池不可分割的一部分。真菌电池的组件采用 3D 打印技术制造。这使得研究人员能够以某种方式构造电极，使微生物能够尽可能轻松地获取营养物质。为此，将真菌细胞混入打印油墨中。

纤维素和木材材料实验室负责人古斯塔夫·尼斯特罗姆 (Gustav Nyström) 说道：“找到一种能让真菌良好生长的材料已经够难了。但墨水还必须易于挤出，且不会杀死细胞——当然，我们希望它具有导电性和可生物降解性。”

得益于实验室在3D 打印软生物基材料方面的丰富经验，研究人员能够生产出一种以纤维素为基础的合适墨水。真菌细胞甚至可以使用纤维素作为营养物——帮助在使用后分解电池。然而，它们首选的营养来源是简单的糖，这些糖被添加到电池中。雷耶斯说：“你可以将真菌电池储存在干燥状态下，只需添加水和营养物即可在现场激活它们。”

尽管这些顽强的真菌能够经受住这种干燥阶段，但使用活体材料对研究人员来说仍是一个挑战。这个跨学科项目结合了微生物学、材料科学和电气工程。为了表征真菌电池，训练有素的微生物学家雷耶斯不仅必须学习电化学技术，还必须将它们应用于3D 打印油墨。

研究人员现在计划让真菌电池更强大、更耐用，并寻找其他适合供电的真菌。雷耶斯和尼斯特罗姆说：“真菌的研究和利用仍然不足，特别是在材料科学领域。”