Digitalt trykte cyanobakterier kan drive små elektroniske enheder

(Phys.org) —Forskere har brugt en simpel inkjetprinter til at udskrive et "bio-blæk" af cyanobakterier på en ledende overflade, at skabe en biofotovoltaisk celle. I modsætning til konventionelle solceller, der kun fungerer, når de udsættes for lys, cyanobakterierne kan generere en elektrisk strøm både i mørke og som reaktion på lys. Forskerne forventer, at cellen kan fungere som en miljøvenlig strømforsyning til enheder med lav effekt, såsom biosensorer, og kan endda skaleres op for at udskrive et bioenergitapet.

Forskerne, ved Imperial College London og University of Cambridge, har udgivet et papir om den nye biofotovoltaiske celle i et nyligt nummer af Naturkommunikation .

"Vores biofotovoltaiske enhed er biologisk nedbrydeligt og kan i fremtiden fungere som et engangssolpanel og batteri, der kan nedbrydes i vores komposter eller haver, "fortalte medforfatter Marin Sawa ved University of Arts London og Imperial College London Phys.org . "Billig, tilgængelig, miljøvenligt, bionedbrydelige batterier uden tungmetaller og plast - det er det, vi og vores miljø virkelig har brug for, men ikke lige har endnu, og vores arbejde har vist, at det er muligt at have det. "

Generelt, biofotovoltaiske celler indeholder en eller anden type cyanobakterier eller alger, der er fototrofiske, hvilket betyder, at det omdanner lys til energi. Imidlertid, selv i mørket fortsætter disse organismer med at generere noget energi ved at metabolisere deres interne lagringsreserver. Så når organismerne er forbundet til en ikke-biologisk elektrode, de kan fungere som enten et "bio solpanel", når de udsættes for lys eller som et "solbiobatteri" i mørket.

I øjeblikket er en af ​​de største udfordringer for biofotovoltaiske celler at producere dem i stor skala. Typisk, organismerne afsættes på en elektrodeoverflade fra et omfangsrigt væskereservoir. I den nye undersøgelse, forskerne demonstrerede, at inkjetprint kan bruges til at udskrive både carbon nanorørelektrodeoverfladen og cyanobakterierne oven på den, samtidig med at bakterierne forbliver fuldt levedygtige. Denne fremgangsmåde tillader ikke kun, at cellerne fremstilles hurtigt, men opsætningen er også mere kompakt og giver mulighed for større præcision i celledesign.

Med disse fordele, de blækstråleprintede biofotovoltaiske celler kan generere en maksimal strømtæthed, der er 3-4 gange højere end celler fremstillet ved hjælp af konventionelle metoder. At demonstrere, forskerne viste, at ni forbundne celler kan drive et digitalt ur eller generere lysglimt fra en LED, illustrerer evnen til at producere korte udbrud med relativt høj effekt. Forskerne viste også, at cellerne kan generere en kontinuerlig effekt i løbet af en 100-timers periode bestående af lyse og mørke cyklusser.

I fremtiden, forskerne planlægger at udvikle tyndfilm biofotovoltaiske (BPV) paneler og også undersøge potentielle anvendelser som integrerede strømforsyninger inden for områderne medicinsk diagnostik og miljøovervågning, som begge nyder godt af engang, miljøvenlige biosensorer. En anden potentiel anvendelse er et bioenergitapet.

"Bioenergitapet er en opskaleret anvendelse af vores BPV-system, "Sawa sagde." Tapetet vil have kulstofbaserede ledende mønstre med elektronproducerende cyanobakterier. Det gør en indvendig overflade til en energihøster til at drive applikationer med lav effekt som LED-lys og/eller biosensorer, der kan, for eksempel, overvåge indendørs luftkvalitet. "

Forskerne forventer også, at cellernes effekt kan forbedres på forskellige måder, såsom ved at forbedre kredsløbets ledningsevne, optimering af celledesign, og brug af mere modstandsdygtige organismer.

© 2017 Phys.org