Ve filmu Maticové, poslušní, polovědomí lidé jsou (spoiler) používány jako baterie pro velkou mechanickou sílu. I když je tento princip zjevně velmi přitažlivý, biobatérie jsou skutečné. V posledním čísle Advanced Science News vědci ze Státní univerzity v New Yorku v Binghamtonu popisují nový způsob, jak používat bakterie jako baterie pro malé senzory. Ačkoli byly biokaterie používány pro elektroniku s nízkým výkonem, nikdy nebyly dostatečně jednoduché nebo účinné pro široké použití. Skupina Binghamton tedy vyvinula nový, snadnější způsob, jak vytvořit a distribuovat mikrobiální palivové články, známé jako MFC, pomocí jediného listu papíru a lyofilizovaných bakterií, které lze aktivovat jen malým množstvím slin.
Důležitým účelem MFC, zejména těch založených na papíru, je umožnit použití elektroniky s nízkým výkonem, zejména senzorů, pokud je běžná baterie nadměrně nákladná a je příliš nákladná. Nebudou nabíjet telefony nikoho, ale budou vydávat dostatek energie pro provoz LED nebo pravděpodobně diagnostických senzorů, které by mohly být použity k detekci HIV nebo rakoviny, sledování glukózy a dalších.
„[MFC] lze použít v prostředích s omezenými zdroji, například v rozvojových zemích, “ říká tvůrce Seokheun „Sean“ Choi, pomocný profesor elektrotechniky a informatiky v Binghamtonu. "Problémem však je síla." Nemůžeme použít komerčně dostupné baterie ani nejnovější technologie sběru energie, protože jsou příliš zbytečné a příliš drahé na jednorázové použití biosenzorů na jedno použití. “
Shewanella oneidensis, bakterie používané týmem Choi, se často používá v nanotechnologiích díky své schopnosti redukovat kovy a žít v prostředích chudých na kyslík. Je to redukce, ve které jsou pozitivní ionty odděleny od negativních, což vede k tomu, že protáhlé dva mikrometrové buňky jsou užitečné v biobatériích - výsledkem jsou volné nabité částice, které lze použít jako energii.
Stejně jako běžná baterie funguje biobaterie oddělením kladně nabitého terminálu (nazývaného katoda) od záporně nabitého terminálu (anoda). Když bakterie štěpí potravinový zdroj (obvykle glukózu), jeho dýchací funkce uvolňují elektrony a protony, které lze použít jako energii.
"Pokud navrhneme jejich prostředí tak, aby kyslík byl omezený, a pak poskytneme pevnou elektrodu, můžeme tyto elektrony zachytit, " říká Choi.
Inovace Choi souvisí se strukturou papírových MFC. Jak, jak se zeptal, můžete udělat levnou papírovou biobatérii, která je schopna napájet jednoduché elektronické senzory, ale je také snadno použitelná a přepravitelná? Jeho řešení využilo některé nové techniky, především lyofilizaci a skládání.
Struktura baterie je vytvořena z listu chromatografického papíru, rozděleného do mřížky záhybů. Katodu tvoří jedna sekce vyrobená z dusičnanu stříbrného a pokrytá voskem. Další část vodivého polymeru působí jako anoda a třetí obsahuje rezervoár pro bakterie a její zdroj energie. Choi naplní rezervoár bakteriemi a zmrazí je. Tímto způsobem mohou být přepravovány nebo skladovány až dva týdny.
Chcete-li použít, jednoduše plivejte do nádržky a složte ji do středu katody a anody. Ano, plivat; vše, co bakterie potřebují, je trochu organického materiálu a sliny obsahují glukózu. Mohlo by to být cokoli, ale sliny jsou obecně dostupné a méně nežádoucí než některé alternativy.
Choiho práce je součástí rostoucí a důležité oblasti papertroniky. (Binghamtonská univerzita) Aaron Mazzeo, odborný asistent mechanického a leteckého inženýrství v Rutgers, vyrábí papertroniku pro flexibilní rozhraní člověk-stroj - věci jako nositelná papírová zařízení pro sledování potu pro kortizol, indikátor stresu. Baterie jako Choi může být zdrojem energie, který potřebuje.
„Budeme mít i nadále neustálý problém dodávat energii těmto zařízením, “ říká Mazzeo. „Mít elektrickou energii vám umožňuje provádět diagnózu, ale mohla by také potenciálně zesílit signály, abyste mohli detekovat menší množství. Toto je cesta ven v budoucnosti, ale tento typ věcí by mohl být užitečný nejen pro měření kortizolu, ale možná i pro věci, jako je cholesterol nebo alkohol nebo jiné klinicky relevantní markery v krvi, moči nebo potu. “
Práce Mazzeo i Choi jsou součástí rostoucí a důležité oblasti papertroniky. Vědci hledají více a lepších způsobů, jak dát obvody, kondenzátory, baterie a dokonce i sluneční články a uživatelská rozhraní (jako skupina Mazzeo) na papír. Před prací Choi byly baterie, které provozovaly všechny tyto aplikace, složité záležitosti složené z více listů papíru, které musí být přesně sladěny.
"Myslím, že v této oblasti existuje skutečný potenciál přispět k pokračujícímu úsilí společnosti v oblasti stability prostředí, bezpečnosti, komunikace, zdraví a výkonu, " říká Mazzeo.
Ale vždy je potřeba napájet tuto elektroniku, takže Choi stále chce, aby jeho baterie byly výkonnější a účinnější, a to tak, že zkoumá různé způsoby jejich skládání a stohování, jakož i technické bakterie, aby byly lepšími výrobci energie.
