Et papirbatteri drevet af bakterier

I fjerntliggende områder af verden eller i regioner med begrænsede ressourcer, dagligdags ting som stikkontakter og batterier er luksus. Sundhedspersonale i disse områder mangler ofte elektricitet til at forsyne diagnostiske enheder, og kommercielle batterier kan være utilgængelige eller for dyre. Der er brug for nye strømkilder, der er billige og bærbare. I dag, forskere rapporterer om en ny type batteri- lavet af papir og drevet af bakterier- der kunne overvinde disse udfordringer.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på det 256. nationale møde og udstilling af American Chemical Society (ACS).

"Papir har unikke fordele som materiale til biosensorer, "siger Seokheun (Sean) Choi, Ph.D., der præsenterer arbejdet på mødet. "Det er billigt, engangs, fleksibel og har et højt overfladeareal. Imidlertid, sofistikerede sensorer kræver en strømforsyning. Kommercielle batterier er for spildte og dyre, og de kan ikke integreres i papirsubstrater. Den bedste løsning er et papirbaseret biobatteri."

Forskere har tidligere udviklet engangs papirbaserede biosensorer til billig og bekvem diagnose af sygdomme og helbredstilstande, samt til påvisning af forurenende stoffer i miljøet. Mange sådanne enheder er afhængige af farveændringer for at rapportere et resultat, men de er ofte ikke særlig følsomme. For at øge følsomheden, biosensorerne har brug for en strømforsyning. Choi ønskede at udvikle et billigt papirbatteri drevet af bakterier, der let kunne inkorporeres i disse engangsenheder.

Så Choi og hans kolleger ved State University of New York, Binghamton lavede et papirbatteri ved at printe tynde lag af metaller og andre materialer på en papiroverflade. Derefter, de lagde frysetørrede "exoelektrogener" på papiret. Exoelektrogener er en særlig type bakterier, der kan overføre elektroner uden for deres celler. elektronerne, som genereres, når bakterierne producerer energi til sig selv, passere gennem cellemembranen. De kan derefter komme i kontakt med eksterne elektroder og drive batteriet. For at aktivere batteriet, forskerne tilføjede vand eller spyt. Inden for et par minutter, væsken genoplivede bakterierne, som producerede nok elektroner til at drive en lysemitterende diode og en lommeregner.

Forskerne undersøgte også, hvordan ilt påvirker ydeevnen af ​​deres enhed. Ilt, der let passerer gennem papir, kunne opsuge elektroner produceret af bakterierne, før de når elektroden. Holdet fandt ud af, at selvom ilt reducerede strømproduktionen en smule, effekten var minimal. Dette skyldes, at bakteriecellerne var tæt knyttet til papirfibrene, som hurtigt piskede elektronerne væk til anoden, før ilt kunne gribe ind.

Papirbatteriet, som kan bruges en gang og derefter smides væk, har i øjeblikket en holdbarhed på cirka fire måneder. Choi arbejder på betingelser for at forbedre overlevelsen og ydeevnen for de frysetørrede bakterier, muliggør længere holdbarhed. "Strømydelsen skal også forbedres med ca. 1, 000 gange til de fleste praktiske anvendelser, " siger Choi. Dette kunne opnås ved at stable og forbinde flere papirbatterier, bemærker han. Choi har ansøgt om patent på batteriet og søger industripartnere til kommercialisering.