Биоразлагаемая батарея на основе пробиотиков активируется в кислой среде и не оставляет токсичных следов

Исследователи из Университета Бингемтона под руководством профессора Сокхёна "Шона" Чоя разработали биоразлагаемый источник питания для "преходящей" (transient) электроники — устройств, которые должны полностью растворяться после использования, например, в медицинских или экологических приложениях.

Ключевая проблема и решение

Основная сложность в создании таких устройств — сам источник питания, так как большинство батарей (например, литий-ионные) содержат токсичные материалы. Команда Чоя предложила использовать в качестве основы пробиотики — живые микроорганизмы, безопасные для человека и окружающей среды.

Разработка и улучшение батареи

Изначально в лаборатории была создана растворимая микробная топливная ячейка на основе известных электрогенных бактерий (уровень биобезопасности 1). Однако для повышения безопасности и общественного принятия в новом исследовании под руководством аспирантки Мариам Резаи использовали готовую смесь из 15 пробиотиков.

Первые результаты были слабыми, но ученые не сдались. Они модифицировали поверхность электрода, сделав её пористой и шероховатой с помощью полимеров и наночастиц. Это улучшило условия для прикрепления и роста бактерий, усилив их электрогенную способность.

Управляемая активация

Для контроля работы батарею покрыли полимером, чувствительным к низкому pH. Это означает, что устройство активируется и работает только в кислой среде, такой как загрязненная область или пищеварительная система человека. Это покрытие также увеличило выходное напряжение и продолжительность работы.

Будущие перспективы

Хотя вырабатываемая мощность пока невелика, исследование служит доказательством концепции (proof of concept). Профессор Чой видит следующие шаги:

• Изучение отдельных штаммов пробиотиков для выявления наиболее эффективных электрогенных генов.
• Исследование синергетических взаимодействий между штаммами для повышения генерации энергии.
• Соединение нескольких биобатарей последовательно или параллельно для увеличения общей мощности.

Работа опубликована в журнале Small.