Olcsó, hordozható, papírakkumulátor, amelyet baktériumok működtetnek – kifejlesztve

A kutatók egy új típusú akkumulátorról számoltak be – papírból és baktériumokkal táplálva –, amely a világ távoli részein vagy korlátozott erőforrásokkal rendelkező régiókban használható, a mindennapi cikkek, például az elektromos aljzatok és az akkumulátorok luxuscikknek számítanak.

„A papír egyedülálló előnyökkel rendelkezik a bioszenzorok anyagaként” – mondja Seokheun (Sean) Choi, Ph.D., aki az Amerikai Kémiai Társaság (ACS) 256. nemzeti találkozóján és kiállításán mutatja be a munkát. „Olcsó, eldobható, rugalmas és nagy felületű. A kifinomult érzékelők azonban tápellátást igényelnek. A kereskedelemben kapható akkumulátorok túlságosan pazarlóak és drágák, és nem integrálhatók papírhordozókba. A legjobb megoldás a papír alapú bioakkumulátor.”

A kutatók baktériumokat használtak fel ezeknek a papírelemeknek az áramellátására. Kredit: Seokheun Choi

Choi egy olcsó, baktériumokkal működő papírakkumulátort akart kifejleszteni, amely könnyen beépíthető ezekbe az egyszer használatos eszközökbe. Így hát Choi és kollégái a New York-i Állami Egyetemen, Binghamton papírelemet készítettek úgy, hogy vékony fémrétegeket és egyéb anyagokat nyomtattak a papír felületére. Ezután fagyasztva szárított „exoelektrogéneket” helyeztek a papírra.

Az exoelektrogének a baktériumok egy speciális típusa, amelyek képesek elektronokat továbbítani a sejtjeiken kívülre. Az elektronok, amelyek akkor keletkeznek, amikor a baktériumok energiát termelnek maguknak, áthaladnak a sejtmembránon. Ezután kapcsolatba léphetnek a külső elektródákkal, és táplálhatják az akkumulátort. Az akkumulátor aktiválásához a kutatók vizet vagy nyálat adtak hozzá. A folyadék néhány percen belül újraélesztette a baktériumokat, amelyek elegendő elektront termeltek egy fénykibocsátó dióda és egy számológép működéséhez.

A kutatók azt is megvizsgálták, hogy az oxigén hogyan befolyásolja készülékük teljesítményét. Az oxigén, amely könnyen áthalad a papíron, felszívhatja a baktériumok által termelt elektronokat, mielőtt azok elérnék az elektródát. A csapat megállapította, hogy bár az oxigén enyhén csökkentette az energiatermelést, a hatás minimális volt. Ennek az az oka, hogy a baktériumsejtek szorosan hozzátapadtak a papírrostokhoz, amelyek gyorsan az elektronokat az anódhoz juttatták, mielőtt az oxigén beavatkozhatott volna.

Az egyszer használható, majd kidobható papírakkumulátor jelenleg körülbelül négy hónapig tart. A Choi olyan feltételeken dolgozik, hogy javítsa a fagyasztva szárított baktériumok túlélését és teljesítményét, lehetővé téve a hosszabb eltarthatóságot.

„Az energiateljesítményt is körülbelül 1,000-szeresére kell javítani a legtöbb gyakorlati alkalmazáshoz” – mondja Choi. Ezt több papírakkumulátor egymásra helyezésével és összekapcsolásával lehetne elérni – jegyzi meg. Choi szabadalmat kért az akkumulátorra, és iparági partnereket keres kereskedelmi forgalomba hozatalához.

A kutatók elismerik a Nemzeti Tudományos Alapítvány, a Tengerészeti Kutatási Hivatal és a New York-i Állami Egyetem Kutatási Alapítványának támogatását és finanszírozását.