R&D magazin
2018_269_11
Raziskovalcem je uspela takšna kombinacija bakterije in papirja, ki je lahko pogonska baterija. Poroča ameriško združenje kemikov (ACS).
Na oddaljenih območjih sveta ali v regijah z omejenimi viri lahko med luksuzne štejemo tudi čisto vsakdanje predmete, kot so na primer električne vtičnice in baterije. Zdravstveni delavci na teh območjih pogosto nimajo električne energije za napajanje diagnostičnih naprav, komercialne baterije pa morda sploh niso na voljo ali pa so predrage. Potrebni so torej novi viri energije, ki bi bili poceni in prenosni. Prav zdaj pa raziskovalci poročajo o novem tipu akumulatorja na osnovi papirja in s sodelovanjem bakterij, ki bi lahko premagal te izzive.
Raziskovalci so svoje rezultate predstavili konec avgusta na 256. državnem srečanju in razstavi Ameriškega kemijskega združenja (ACS). ACS, največje svetovno znanstveno združenje organizira takšna srečanja ob četrtkih in na njih je bilo doslej že več kot 10.000 predstavitev o različnih znanstvenih temah.
»Papir ima kot material za biosenzorje edinstvene prednosti,« pravi dr. Seokheun (Sean) Choi, ki je svojo zamisel predstavi na srečanju. “Je poceni, primeren za enkratno uporabo, prilagodljiv in ima veliko površino. Vendar pa je zahtevne senzorje potrebno tudi napajanje. Komercialne baterije so preveč potratne in drage, poleg tega pa jih ni mogoče vključiti v papirnato podlago. Najboljša rešitev je biološka baterija na papirnati osnovi. ”
Raziskovalci so pred tem razvili papirne biosenzorje za enkratno uporabo za poceni in priročno diagnozo bolezni in zdravstvenega stanja ter za odkrivanje strupenih snovi v okolju. Mnogi takšni pripomočki oziroma indikatorji sporočajo rezultate s spremembo barve, vendar največkrat niso dovolj občutljive. Da bi občutljivost povečali, potrebujejo biosenzorji oskrbo z električno energijo. Choi je želel razviti poceni papirno baterijo, ki jo poganjajo bakterije in ki bi jih bilo mogoče enostavno vključiti v te naprave za enkratno uporabo.
Zato so Choi in njegovi kolegi z državne univerze Binghamton v New Yorku izdelali papirno baterijo tako, da so na površino papirja natisnili tanko plast kovin in drugih materialov. Nato so na papirju postavili liofilizirane “eksoelektrogene”. Eksoelektrogeni so posebna vrsta bakterij, ki lahko prenesejo elektrone zunaj svojih celic. Elektroni, ki nastajajo, ko bakterije energijo proizvajajo za sebe, prehajajo skozi celično membrano. Nato se lahko dotaknejo zunanjih elektrod in napajajo baterijo. Potem so raziskovalci za aktiviranje baterije dodali vodo ali slino. V nekaj minutah je tekočina oživila bakterije, ki so proizvajale dovolj elektronov za napajanje svetlečih diod in kalkulatorja.
Raziskovalci so raziskovali tudi to, kako na učinkovitost njihove naprave vpliva kisik. Kisik, ki zlahka prehaja skozi papir, lahko vpije elektrone, ki jih proizvajajo bakterije, preden pridejo do elektrode. Ekipa je ugotovila, da je kisik sicer rahlo zmanjšal proizvodnjo električne energije, vendar je bil učinek minimalen, saj so bile celice bakterij tesno pritrjene na papirna vlakna in so hitro prenesle elektrone na anodo, še preden jih je lahko kisik sploh dosegel.
Papirna baterija, ki jo lahko enkrat uporabite in jo nato zavržete, ima rok trajanja približno štiri mesece. Choi se zdaj ukvarja s pogoji za izboljšanje preživetja in delovanja liofiliziranih bakterij, kar bi omogočilo daljši rok uporabnosti. “Za večino praktičnih aplikacij je treba izboljšati moč za približno 1.000-krat,” pravi Choi. To se lahko doseže z nalaganjem in povezovanjem več papirnih baterij, ugotavlja. Choi je svoje odkritje prijavil kot patent za baterijsko napajanje in že išče industrijske partnerje za komercializacijo.
Raziskovalci priznavajo podporo in financiranje s strani Nacionalne znanstvene fundacije, urada za pomorske raziskave in fundacije za raziskovanje na državnih univerzah v New Yorku.
Ameriško kemijsko združenje, največje svetovno znanstveni združenje je neprofitna organizacija, ki jo je zakupil ameriški kongres. ACS je svetovni vodja pri zagotavljanju dostopa do informacij in raziskav, povezanih s kemijo, s pomočjo več zbirk podatkov, strokovnih revij in znanstvenih konferenc. Združenje ACS samo ne dela raziskav, temveč objavlja strokovno pregledane znanstvene študije. Glavne pisarne ima združenje v Washingtonu, D.C. in Columbusu v Ohaju.
Vir: https://www.rdmag.com/news/2018/08/acs-meeting-paper-battery-powered-bacteria?et_cid=6430585&et_rid=518628079&location=top&et_cid=6430585&et_rid=518628079&linkid=content
