Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте недавно анонсировали о создании биопленки, которая собирает энергию испарения и преобразует ее в электричество. Эта биопленка, о которой было объявлено в Nature Communications, может произвести революцию в мире носимой электроники, питая все — от персональных медицинских датчиков до носимой электроники.
«Это очень воодушевляющая технология», — говорит Сяомэн Лю, аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники инженерного колледжа Университета Массачусетса в Амхерсте и ведущий автор статьи. «Это настоящая зеленая энергия, и в отличие от других источников так называемой «зеленой энергии», ее производство действительно полностью зеленое».
Дело в том, что эта биопленка — тонкий слой бактериальных клеток толщиной с лист бумаги — производится естественным путем модифицированной версией бактерии Geobacter Sulfreducens*. Известно, что G. Sulfurereducens производит электричество и ранее использовалась в «микробных батареях» для питания электрических устройств. Но такие батареи требуют надлежащего ухода за этой бактерией и постоянной подкормки. Эта новая биопленка, которая может дать столько же или даже больше энергии, чем батарея сопоставимого размера, работает непрерывно (т.к. она не является живой, следовательно ее не нужно кормить).
*Грамотрицательная металл- и серовосстанавливающая протеобактерия. Палочковидная, облигатно анаэробная, неферментирующая, имеет жгутик и фимбрии IV типа, близкий родственник Geobacter metallireducens.
«Это гораздо эффективнее», — говорит Дерек Ловли, заслуженный профессор микробиологии Университета Массачусетса в Амхерсте и один из ведущих авторов статьи. «Мы упростили процесс производства электроэнергии, радикально сократив объем необходимой обработки. Мы стабильно выращиваем клетки в биопленке, а затем используем эту агломерацию клеток. Такой подход сокращает потребление энергии, упрощает все процессы и расширяет потенциальное применение».
Секрет этой новой биопленки заключается в том, что она вырабатывает энергию из влаги на вашей коже. Хотя мы ежедневно читаем истории о солнечной энергии, по крайней мере 50% солнечной энергии, достигающей земли, идет на испарение воды. «Это огромный, неиспользованный источник энергии», — говорит Джун Яо, профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Массачусетса. Поскольку поверхность нашей кожи постоянно влажная от пота, биопленка может «подключаться» и преобразовывать энергию, заключенную в процессе испарения, в энергию, достаточную для питания небольших устройств.
«Ограничивающим фактором носимой электроники, — говорит Яо, — всегда был источник питания. Батареи разряжаются, их нужно менять или заряжать. Кроме того, они громоздки, тяжелы и неудобны». Но прозрачная, маленькая, тонкая гибкая биопленка, производящая непрерывно и стабильно электричество и которую можно носить в виде пластыря, наложенного непосредственно на кожу, решает все эти проблемы.
Все это работает потому, что G. Sulfurereducens растет колониями, которые выглядят как тонкие маты. Каждая бактерия соединяется со своими соседями через группу естественных нанопроводов. Затем исследователи собирают эти маты и с помощью лазера делают гравировку микросхем на пленках. После того, как пленки протравлены, они помещаются между электродами и запечатываются в гибкий, воздухопроницаемый полимер, который можно наносить непосредственно на кожу. Как только эта крошечная батарея «подключена» к вашему телу, она может питать небольшие устройства.
«Наш следующий шаг — увеличить размер этих пленок для питания более сложной электроники, которую можно носить на коже», — говорит Яо, и Лю добавляет, что одна из целей — питание целых электронных систем, а не отдельных устройств.
Источник https://www.wearabletechnologyinsights.com/articles/27360/the-bacteria-powering-a-truly-green-revolution-in-personal-electronics
