Бактерии вместо лития: пробиотики из йогурта стали основой для батареи, растворяющейся за минуты
Учёные из Университета Бингемптона разработали растворимую батарею на основе пробиотиков. Эта разработка является значительным шагом в области транзисторной электроники. Батарея, питаемая теми же пробиотиками, что и в йогурте или биодобавках, генерирует электричество более 100 минут, после чего полностью растворяется, не оставляя вредных веществ в окружающей среде.
Созданное устройство основано на водорастворимой бумаге и представляет собой пример так называемой транзисторной электроники. Профессор Чой из факультета электротехники и компьютерных наук подчеркнул важность биоразлагаемости таких устройств, особенно для биомедицинских применений: «Внутри организма не должно оставаться токсичных остатков. Ключевая проблема при создании транзисторной или биорезорбируемой электроники – это источник питания, поскольку большинство источников, таких как литий-ионные батареи, содержат токсичные материалы». Разработанная батарея решает эту проблему, исчезая безвредно.
Исследователи подчёркивают, что применяемые бактерии относятся к уровню биологической безопасности 1, что гарантирует их безопасность для человека и окружающей среды. Однако первоначально существовали опасения относительно воздействия бактерий на природу, которые были развеяны в ходе исследований.
Созданная биобатарея использует смесь из 15 штаммов пробиотиков, генерируя энергию с помощью различных электродов. Продолжительность работы батареи может регулироваться от 4 до более 100 минут путём изменения длины устройства или использования pH-чувствительных полимеров. Один модуль вырабатывает мощность 4 мкВт, ток 47 мкА и напряжение холостого хода 0,65 В.
Для повышения эффективности исследователи модифицировали поверхность электрода с помощью полимера и наночастиц, улучшив электрокаталитические свойства пробиотиков. Измерения циклической вольтамперометрии подтвердили наличие электронного переноса, что свидетельствует об успешном улучшении выработки электричества бактериями. Эта разработка открывает новые возможности в области биомедицинских имплантатов, экологических датчиков и одноразовой электроники.