A Mátrix filmben az engedelmes, félig tudatos embereket (spoilereket) akkumulátorokként használják nagy mechanikai teljesítmény érdekében. Noha ez az elv nyilvánvalóan messzemenő, a bioakkumulátorok valósak. Az Advanced Science News legfrissebb kiadásában a New York-i Binghamtoni Állami Egyetem kutatói új módszert írnak le a baktériumok apró szenzorok akkumulátoraként való felhasználására. Míg a bioakkumulátorokat alacsony energiafelhasználású elektronikához használták, soha nem voltak elég egyszerűek vagy hatékonyak a széles körű használathoz. Tehát a Binghamton-csoport kifejlesztett egy új, könnyebb módszert az MFC-kként ismert mikrobiális üzemanyagcellák létrehozására és elosztására egyetlen papírlap és fagyasztva szárított baktériumok felhasználásával, amelyek csak egy kis nyállal aktiválhatók.
Az MFC-k, különösen a papír alapú, fontos célja az alacsony fogyasztású elektronika, különösen az érzékelők használatának lehetővé tétele, ha a szokásos akkumulátor túlterhelt és költségektől mentes. Ezek nem töltik fel senkinek a telefonját, de elegendő energiát bocsátanak ki egy LED működtetéséhez, vagy valószínűleg olyan diagnosztikai érzékelőkhöz, amelyeket fel lehet használni a HIV vagy rák kimutatására, a glükóz monitorozására és egyebekre.
„Az [MFC-k] korlátozott erőforrású környezetben is használhatók, mint például a fejlődő országokban” - mondja Seokheun „Sean” Choi, a Binghamton elektromos és számítógépes mérnöki adjunktusának alkotója. „A probléma azonban a hatalom. Nem használhatjuk a kereskedelemben beszerezhető elemeket vagy a legfrissebb energiaszedési technológiákat, mert ezek túl pazarlók és túl drágák az egyszer használatos, eldobható bioszenzorok számára. ”
A Choi-csoport által használt Shewanella oneidensis baktériumokat gyakran használják a nanotechnológiában, mivel képesek redukálni a fémeket és oxigénszegény környezetben élnek. Ez a redukció, amelyben a pozitív ionokat elválasztják a negatívól, az teszi a hosszúkás, két mikrométer cellákat hasznosak a bioakkumulátorokban - ennek eredményeként szabad töltésű részecskék használhatók, amelyek energiává válnak.
A normál akkumulátorhoz hasonlóan a bioakkumulátor úgy működik, hogy elválasztja a pozitív töltésű terminált (úgynevezett katód) a negatív töltésű csatlakozótól (anód). Mivel a baktériumok emésztik az élelmiszerforrást (általában glükózt), légzési funkciói elektronokat és protonokat szabadítanak fel, amelyek energiává válhatnak.
"Ha úgy tervezzük meg a környezetüket, hogy az oxigén korlátozott legyen, és akkor szilárd elektródot állítsunk elő, akkor ezeket az elektronokat elfoghatjuk" - mondja Choi.
Choi innovációja a papír MFC-k struktúrájához kapcsolódik. Megkérdezte, hogyan állíthat elő olcsó papíralapú bioakkumulátort, amely képes egyszerű elektronikus érzékelők táplálására, de könnyen kezelhető és szállítható? Megoldása néhány új technikát alkalmazott, elsősorban fagyasztva szárítást és hajtogatást.
Az akkumulátor felépítése kromatográfiás papírlapból készül, amelyet gyűrődési rácsra osztunk. Az egyik, ezüst-nitrátból készült és viasszal borított rész képezi a katódot. A vezetőképes polimer egy másik része anódként működik, és egy harmadik tartályt tartalmaz a baktériumok számára és annak energiaforrását. Choi előzetesen feltölti a tartályt baktériumokkal és fagyasztva szárítja őket. Ilyen módon szállíthatók vagy tárolhatók legfeljebb két hétig.
Használatához köpjön bele a tartályba, és hajtsa be a katód és az anód közepére. Igen, nyárson; csupán egy kis szerves anyag szükséges ahhoz, hogy a baktériumok elinduljanak, és a nyál glükózt tartalmaz. Bármi lehet, de a nyál általában rendelkezésre áll és kevésbé kifogásolható, mint néhány alternatíva.
Choi munkája a növekvő és fontos pártfogás területének része. (Binghamton Egyetem) Aaron Mazzeo, a Rutgers-i mechanikai és repülőgépmérnöki adjunktus professzionális képet készít az ember és a gép rugalmas interfészeiről - például hordható papírkészülékek, amelyek a kortizol izzadtságát figyelik, ami a stressz indikátora. A Choiéhoz hasonló akkumulátor lehet a szükséges áramforrás.
"Továbbra is ki fog állni a jelenlegi kihívás, hogy energiát nyújtsunk ezeknek az eszközöknek" - mondja Mazzeo. „Az elektromos áram megléte lehetővé teszi a diagnosztizálást, de potenciálisan erősítheti a jeleket, így kisebb mennyiségeket is felismerhet. Ez a jövőben ki van téve, de ez a fajta dolog hasznos lehet nemcsak a kortizol mérésére, hanem talán még a vér, a vizelet vagy az izzadás koleszterin vagy alkohol vagy más klinikai szempontból releváns markerek mérésére is. ”
Mazzeo és Choi munkája egyaránt a növekvő és fontos pártfogás területének része. A tudósok egyre több és jobb módszert találnak az áramkörök, kondenzátorok, akkumulátorok, sőt még napelemek és felhasználói interfészek (mint például a Mazzeo csoportja) papírra helyezésére. Choi munkája előtt az ezeket az alkalmazásokat futtató akkumulátorok bonyolult ügyek voltak, amelyek több papírlapból álltak, amelyeket pontosan össze kell egyeztetni.
"Úgy gondolom, hogy ezen a területen valódi lehetősége van hozzájárulni a társadalom folyamatos erőfeszítéseihez a környezeti stabilitás, a biztonság, a kommunikáció, az egészség és a teljesítmény szempontjából" - mondja Mazzeo.
De mindig szükség van az elektronika tápellátására, ezért Choi továbbra is akarja az akkumulátorok teljesítményét és hatékonyságát növelni, és ennek érdekében különféle eszközöket vizsgál meg, hogy összecsukhassák és összerakhassák őket, valamint baktériumokat tervez annak érdekében, hogy jobban előállítsák az energiát.
