Устройство создает источники энергии, которые исчезают, не оставляя после себя токсичных остатков.
Пористый и шероховатый электрод создавал прекрасные условия для бактерий, что улучшало электрогенные возможности микроорганизмов.
Бингемтон/ Эонерен
Ученые разработали растворимую батарею с использованием пробиотиков — живых микроорганизмов, полезных для здоровья.
Работающее на тех же пробиотиках, что содержатся в йогурте и пищевых добавках, устройство генерирует электроэнергию в течение более 100 минут, а затем растворяется в окружающей среде.
Устройство, разработанное группой исследователей из Университета Бингемтона, изготовлено на основе водорастворимой бумаги и представляет собой разновидность переходной электроники.
Переходная электроника
«Переходная электроника может использоваться в биомедицинских и экологических целях, но она должна распадаться биологически безопасным способом», — сказал Чой, преподаватель кафедры электротехники и вычислительной техники Колледжа инженерии и прикладных наук Томаса Дж. Уотсона.
«Вы не хотите иметь токсичные остатки внутри вашего тела. Этот тип устройств называется биорезорбируемой электроникой. Для временной или биорезорбируемой электроники ключевой проблемой является источник питания, но большинство источников питания, таких как литий-ионные батареи, включают токсичные материалы».
Устройство создает источники энергии, которые исчезают, не оставляя после себя токсичных остатков.
Исследователи также указали на фильмы «Миссия невыполнима», в которых Том Круз использует устройство, которое самоуничтожается через пять секунд после передачи сообщения. Они подчеркнули, что электроника в реальной жизни распадается на ничто и ее сложно изготовить, а самая сложная ее часть — это аккумулятор.
Исследователи из Университета Бингемтона на протяжении последних 20 лет занимались изучением одноразовой «бумаготроники».
Чой и его студенческая исследовательская группа извлекли уроки из своих предыдущих исследований биобатарей и применили эти знания к новой идее: в статье, недавно опубликованной в журнале Small, они демонстрируют потенциал использования пробиотиков — живых микроорганизмов, которые приносят пользу здоровью при приеме внутрь, но в остальном безвредны для окружающей среды или человека, согласно пресс-релизу.
Маеде Мохаммадифар, доктор философии 2020 года, выпускница Лаборатории биоэлектроники и микросистем Чоя, разработала оригинальный растворимый микробный топливный элемент во время своей учебы в Бингемтоне.
Бактерии, вырабатывающие электричество
«Мы использовали известные бактерии, вырабатывающие электричество, которые находятся на уровне биологической безопасности 1, поэтому они безопасны, — но мы не были уверены, что произойдет, если эти бактерии будут выпущены в природу», — сказал Чой. «Но всякий раз, когда я выступал с докладами на конференциях, люди спрашивали: «Так вы используете бактерии? Можем ли мы безопасно использовать это?»
В ходе исследования ученые подчеркнули, что транзитная биобатарея работает на основе имеющихся в продаже пробиотиков, которые растворяются безвредно, высвобождая только полезные микробы.
Подачу мощности можно точно настроить от 4 мин до более 100 мин.
«Эта биобатарея, изготовленная на водорастворимых или pH-чувствительных субстратах, использует пробиотическую смесь из 15 штаммов для генерации электроэнергии на различных материалах электродов. Манипулируя длиной устройства или инкапсулируя его в pH-чувствительные полимеры, можно точно настроить подачу энергии от 4 мин до более 100 мин. Один модуль выдает 4 мкВт мощности, 47 мкА тока и напряжение разомкнутой цепи 0,65 В», — заявили исследователи в исследовании.
По словам исследователей, эта новаторская разработка открывает новую эру безопасных и эффективных транзитных биоэнергетических систем, открывая беспрецедентные возможности в области биомедицинских имплантатов, датчиков окружающей среды и одноразовой электроники.
Чой подчеркнул, что исследователи разработали поверхность электрода, которая может быть предпочтительнее для бактерий, используя полимер и некоторые наночастицы, чтобы гипотетически улучшить электрокаталитическое поведение пробиотиков и дать им импульс.
Циклические вольтамперометрические измерения выявили отчетливые окислительно-восстановительные пики, когда пробиотики контактировали с модифицированным электродом — явное доказательство способности переносить электроны. Улучшенная поверхность обеспечивала оптимальные условия для прикрепления и роста бактерий, значительно улучшая их потенциал генерации электричества, сообщает Science Blog.
Sourse: interestingengineering.com
