Паперовий акумулятор, керований бактеріями.

104

(Щоб не читати статтю – можете подивитися відео)

Нью-йоркські вчені розробили інноваційну батарею, основа якої зроблена з паперу і живиться від … бактерій.

У віддалених і важкодоступних регіонах світу або у районах з обмеженими ресурсами повсякденні електронні товари є розкішшю. І вони не знадобляться, коли батарея розряджена. Проблема відсутності електрики в основному зачіпає працівників охорони здоров’я у тих районах, які часто не мають електрики для живлення діагностичних пристроїв, а комерційні батареї недоступні або занадто дорогі.

Потрібні нові, дешеві та портативні джерела енергії. Паперова батарея, що живиться бактеріями, ідеально підходить для потреб найбідніших регіонів світу і здатна вирішувати поставлені перед нею завдання.

– Папір володіє унікальними перевагами в якості матеріалу для біосенсорів. Це недорого, одноразово, гнучко і має велику поверхню. Однак складні датчики вимагають живлення. Комерційні батареї надто дорогі і не екологічні. Для цього їх можна інтегрувати з паперовими прокладками. Найкраще рішення – це паперова біо-батарея, – сказав під час 256-го засідання Американського хімічного товариства (ACS) доктор Сокхон Чой з Університету Нью-Йорка.

Дослідники раніше розробили одноразові паперові біосенсори для дешевою і зручною діагностики захворювань, а також для виявлення забруднюючих речовин у навколишньому середовищі. Багато такі пристрої покладаються на зміну кольору, щоб повідомити про результат, але вони часто не дуже чутливі. Для підвищення чутливості биосенсорам потрібна потужність. Чой хотів розробити недорогу батарею з бактеріальної паперу, яку можна було б легко підключити до цих одноразовим пристроїв.

Чой і його колеги по коледжу зробили паперову батарею, друкуючи тонкі шари металу та інших матеріалів на поверхні паперу. Потім їх поміщають в ліофілізований особливий тип бактерій, які можуть переносити електрони зі своїх клітин. Це так званий egzoelektrogeny. Електрони, які створюються, коли бактерії виробляють енергію, самі проходять через клітинну мембрану. Потім вони можуть зв’язатися із зовнішніми електродами і живити акумулятор.

Щоб активувати підготовлений таким чином акумулятор, достатньо трохи води або навіть слини. Протягом декількох хвилин рідина відновлює бактерії, які виробляють досить електронів для живлення світлодіода або калькулятора.

Дослідники також досліджували, як кисень впливає на роботу їх пристроїв. Кисень, який легко проходить через папір, може поглинати електрони, що виробляються бактеріями, перш ніж вони досягнуть електрода. Команда виявила, що хоча кисень дещо знижував вироблення енергії, ефект був мінімальним.

Паперова батарея, яку можна використовувати один раз, а потім утилізувати, має термін придатності близько чотирьох місяців. Команда Choi в даний час працює над поліпшенням параметрів батареї і продуктивності ліофілізованих бактерій, забезпечуючи більш тривалий термін зберігання батареї.

«Для більшості практичних застосувань енергоефективність потребує поліпшення приблизно в 1000 раз», – зізнався Чой. Це може бути досягнуто шляхом об’єднання паперових батарей, але це не вирішує проблеми, тому що при нинішніх характеристиках цей тип батарей не буде рішенням для живлення звичайної електроніки.

Наприклад, щоб запалити лампочку на 40 ват, вам потрібно близько мільйона таких осередків. Тим не менш, вони можуть бути корисні для постачання простих біосенсорів, що використовуються для моніторингу рівня глюкози у пацієнтів з діабетом або для виявлення патогенів.

Чой подав заявку на паперові батареї і в даний час шукає промислових партнерів для комерціалізації винаходу.

Джерело: Science Daily , фото Seokheun Choi