V filmu The Matrix so poslušni, polzavedni ljudje (spojler) uporabljeni kot baterije za veliko mehansko moč. Medtem ko je to načelo očitno navidezno, so biobatterije resnične. V zadnji številki Advanced Science News znanstveniki z državne univerze New York-Binghamton opisujejo nov način uporabe bakterij kot baterij za majhne senzorje. Medtem ko se biobaterije uporabljajo za elektroniko z majhno močjo, nikoli niso bile preproste ali učinkovite, da bi jih bilo mogoče široko uporabiti. Tako je skupina Binghamton razvila nov, enostavnejši način za ustvarjanje in distribucijo mikrobnih gorivnih celic, znanih kot MFC, z uporabo enega lista papirja in zmrznjenimi sušenimi bakterijami, ki jih je mogoče aktivirati z le malo sline.
Pomemben namen večnamenskih baterijskih enot (MFC), zlasti papirnih, je omogočiti uporabo elektronike z nizko porabo energije, zlasti senzorjev, kadar je običajna baterija prekomerna in stroškovno omejena. Telefoni ne bodo polnili nikogaršnjih telefonov, vendar bodo dali dovolj energije za zagon LED ali bolj verjetno diagnostičnih senzorjev, ki bi jih lahko uporabili za odkrivanje virusa HIV ali raka, spremljanje glukoze in drugo.
"[MFC-ji] se lahko uporabljajo v okolju z omejenimi viri, kot so države v razvoju, " pravi ustvarjalec Seokheun "Sean" Choi, docent za elektro in računalniški inženiring v Binghamtonu. "Vendar je težava v moči. Ne moremo uporabljati komercialno dostopnih baterij ali najnovejših tehnologij za pridobivanje energije, ker so preveč potratne in predrage za enkratno uporabo, biosenzorje za enkratno uporabo. "
Shewanella oneidensis, bakterija, ki jo uporablja Choijeva ekipa, se pogosto uporablja v nanotehnologiji, zaradi svoje sposobnosti zmanjšanja kovin in bivanja v okolju, ki je slabo kisik. To je zmanjšanje, pri katerem se pozitivni ioni ločijo od negativnih, zaradi česar so podolgovate, mikrometrske celice uporabne v biobaterijah - rezultat so prosto nabiti delci, ki jih lahko uporabimo kot moč.
Tako kot običajna baterija tudi biobaterija deluje tako, da loči pozitivno napolnjen terminal (imenovan katoda) od negativno napolnjenega terminala (anode). Ko bakterija prebavi vir hrane (navadno glukozo), njene dihalne funkcije sproščajo elektrone in protone, ki jih lahko uporabimo kot energijo.
"Če svoje okolje oblikujemo tako, da je kisik omejen, in nato zagotovimo trdno elektrodo, potem lahko zajemamo te elektrone, " pravi Choi.
Choijeva inovacija je povezana s strukturo papirnatih večnamenskih plošč. Kako je vprašal, ali lahko naredite poceni papir za biobaterijo, ki lahko napaja preproste elektronske senzorje, hkrati pa je enostaven za uporabo in prevoz? Njegova rešitev je uporabila nekaj novih tehnik, predvsem zamrzovanje sušenja in zlaganja.
Struktura akumulatorja je oblikovana iz lista kromatografskega papirja, razdeljenega v mrežo gub. En odsek, narejen iz srebrovega nitrata in prekrit z voskom, tvori katodo. Drugi del prevodnega polimera deluje kot anoda, tretji pa vsebuje rezervoar za bakterije in njegov vir energije. Choi napolni rezervoar z bakterijami in jih zamrzne. Na ta način jih je mogoče prevažati ali skladiščiti do dva tedna.
Za uporabo preprosto izpljunite v rezervoar in ga zložite v sredino katode in anode. Ja, pljuvati; Potrebno je le malo organskega materiala, da bakterije gredo, slina pa vsebuje glukozo. Lahko je karkoli, vendar je slina na splošno na voljo in manj nasprotujoča kot nekatere druge možnosti.
Choijevo delo je del rastočega in pomembnega področja papertronike. (Univerza Binghamton) Aaron Mazzeo, docent za strojništvo in vesoljsko tehniko na Rutgersu, izdeluje papertroniku za prilagodljive vmesnike človek-stroj - stvari, kot so nosljive papirne naprave za spremljanje znoja za kortizolom, kar je pokazatelj stresa. Akumulator, kot je Choi, bi lahko bil vir energije, ki ga potrebuje.
"Še naprej bomo imeli izziv za zagotavljanje moči tem napravam, " pravi Mazzeo. »Električna moč vam omogoča, da postavite diagnozo, vendar lahko potencialno tudi ojača signale, tako da boste morda zaznali manjše količine. To je v prihodnosti, toda ta vrsta stvari bi lahko koristila ne le za merjenje kortizola, ampak morda celo za stvari, kot so holesterol ali alkohol ali drugi klinično pomembni markerji v krvi, urinu ali znoju. "
Mazzeo in Choi je del vse večjega in pomembnega področja papertronike. Znanstveniki najdejo več in boljših načinov, kako na papir postaviti vezja, kondenzatorje, baterije in celo sončne celice in uporabniške vmesnike (kot to počne skupina Mazzeo). Pred Choijevim delom so bile baterije, ki so poganjale vse te aplikacije, zapletene zadeve, sestavljene iz več listov papirja, ki jih je treba natančno ujemati.
"Mislim, da obstaja resničen potencial, da to področje prispeva k stalnim prizadevanjem družbe na področju okoljske stabilnosti, varnosti, komunikacije, zdravja in uspešnosti, " pravi Mazzeo.
Toda vedno je treba napajati to elektroniko, zato Choi še vedno želi svoje baterije narediti močnejše in učinkovitejše, da bi raziskal različna sredstva, kako jih zložiti in zložiti, ter oblikovati bakterije, da bi bili boljši proizvajalci energije.
