Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте создали биопленку, которая выделяет энергию испарения, а затем преобразует ее в электричество. Биопленка может внести большие изменения в мир носимой электроники, питая все, от персональных медицинских датчиков до персональной электроники.
Новое исследование сосредоточено на конкретном штамме бактерий, Geobacter sulphurreducens – бактериях, известных как электрики, потому что они могут производить и проводить электричество. Этот микроб является одним из многих других, которые продемонстрировали способность производить электричество при определенных условиях, в том числе во время испарения, что делает его хорошим кандидатом на роль биопленки, которая может прикрепляться к коже для сбора энергии.
Предыдущие исследования рассматривали потенциал других бактерий для выработки электроэнергии, но непреодолимой сложностью оказалось поддержание жизни микробов и создание для них подходящих условий. Команда из Амхерста обнаружила, что G. Sulfurereducens не обязательно должен быть живым, чтобы генерировать электричество. На самом деле, даже лучше, если это не так.
«Это намного эффективнее», рассказал автор исследования Дерек Ловли. «Мы упростили процесс производства электроэнергии, радикально сократив объем необходимой обработки. Мы устойчиво выращиваем клетки в биопленке, а затем используем эту агломерацию клеток. Это сокращает потребление энергии и делает все проще».
Бактерии, выбранные исследователями, растут спутанными колониями толщиной с лист бумаги, где каждый микроб связан со своим соседом через то, что исследователи называют «естественными нанопроводами». Команда взяла эти коврики и выгравировала на них небольшие схемы с помощью лазера. Затем их поместили между электродами и заключили в полимерную накладку.
Пластырь можно носить на коже, где он начинает вырабатывать электричество по мере испарения пота с кожи человека. По словам исследователей, биопленка работает лучше, чем неорганические генераторы тока на основе испарения, когда речь идет о соленой воде.
«Ограничивающим фактором носимой электроники всегда был источник питания», рассказал старший автор статьи, профессор вычислительной техники Массачусетского университета в Амхерсте Джун Яо. «Батарейки садятся, их нужно менять или заряжать. Кроме того, они громоздкие, тяжелые и неудобные».
Новая биопленка может производить столько же энергии, сколько батарея сравнимого размера, за ней не нужно ухаживать, ее никогда не нужно заряжать или подключать к сети. Эксперименты, проведенные в рамках исследования, показали, что биополе сохраняет свою производительность в течение не менее 18 часов и может питать датчик, измеряющий дыхание и другие сигналы тела. При соединении листы биопленки также питали носимый электрохимический датчик глюкозы с лазерным рисунком. Но потенциал этой технологии может пойти гораздо дальше, чем просто носимые устройства, считают исследователи. Если она окажется масштабируемой на больших площадях, эта технология сможет использовать часть солнечной энергии, которая достигает Земли и теряется в процессе испарения воды.
