Бумажный аккумулятор, управляемый бактериями.

84

(Чтобы не читать статью — можете посмотреть видео)

Нью-йоркские ученые разработали инновационную батарею, основа которой сделана из бумаги и питается от … бактерий.

В отдаленных и недоступных регионах мира или в районах с ограниченными ресурсами повседневные электронные товары являются роскошью. И они не пригодятся, когда батарея разряжена. Проблема отсутствия электричества в основном затрагивает работников здравоохранения в тех районах, которые часто не имеют электричества для питания диагностических устройств, а коммерческие батареи недоступны или слишком дороги.

Нужны новые, дешевые и портативные источники энергии. Бумажная батарея, питаемая бактериями, идеально подходит для нужд самых бедных регионов мира и способна решать стоящие перед ней задачи.

— Бумага обладает уникальными преимуществами в качестве материала для биосенсоров. Это недорого, одноразово, гибко и имеет большую поверхность. Однако сложные датчики требуют питания. Коммерческие батареи слишком дороги и не экологичны. Для этого их нельзя интегрировать с бумажными подложками. Лучшее решение — это бумажная био-батарея, — сказал во время 256-го заседания Американского химического общества (ACS) доктор Сокхон Чой из Университета Нью-Йорка.

Исследователи ранее разработали одноразовые бумажные биосенсоры для дешевой и удобной диагностики заболеваний, а также для обнаружения загрязняющих веществ в окружающей среде. Многие такие устройства полагаются на изменение цвета, чтобы сообщить о результате, но они часто не очень чувствительны. Для повышения чувствительности биосенсорам нужна мощность. Чой хотел разработать недорогую батарею из бактериальной бумаги, которую можно было бы легко подключить к этим одноразовым устройствам.

Чой и его коллеги по колледжу сделали бумажную батарею, печатая тонкие слои металла и других материалов на поверхности бумаги. Затем их помещают в лиофилизированный особый тип бактерий, которые могут переносить электроны из своих клеток. Это так называемый egzoelektrogeny. Электроны, которые создаются, когда бактерии производят энергию, сами проходят через клеточную мембрану. Затем они могут связаться с внешними электродами и питать аккумулятор.

Чтобы активировать подготовленный таким образом аккумулятор, достаточно немного воды или даже слюны. В течение нескольких минут жидкость восстанавливает бактерии, которые производят достаточно электронов для питания светодиода или калькулятора.

Исследователи также исследовали, как кислород влияет на работу их устройств. Кислород, который легко проходит через бумагу, может поглощать электроны, вырабатываемые бактериями, прежде чем они достигнут электрода. Команда обнаружила, что хотя кислород несколько снижал выработку энергии, эффект был минимальным.

Бумажная батарея, которую можно использовать один раз, а затем утилизировать, имеет срок годности около четырех месяцев. Команда Choi в настоящее время работает над улучшением параметров батареи и производительности лиофилизированных бактерий, обеспечивая более длительный срок хранения батареи.

«Для большинства практических применений энергоэффективность нуждается в улучшении примерно в 1000 раз», — признался Чой. Это может быть достигнуто путем объединения бумажных батарей, но это не решает проблемы, потому что при нынешних характеристиках этот тип батарей не будет решением для питания обычной электроники.

Например, чтобы зажечь лампочку на 40 ватт, вам нужно около миллиона таких ячеек. Тем не менее, они могут быть полезны для поставки простых биосенсоров, используемых для мониторинга уровня глюкозы у пациентов с диабетом или для обнаружения патогенов.

Чой подал заявку на бумажные батареи и в настоящее время ищет промышленных партнеров для коммерциализации изобретения.

Источник: Science Daily , фото Seokheun Choi