Ученые создали биобатарею по образцу кишечника человека
Строение человеческого кишечника помогло ученым создать необычную батарею, которая вырабатывает электричество с помощью бактерий. Экспериментальное устройство способно работать не менее 14 часов, а в будущем подобные батареи могут научиться получать энергию непосредственно из сточных вод.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 16 октября /Новости науки/. Ученые создали биобатарею, в которой бактерии вырабатывают электричество благодаря конструкции, повторяющей строение тонкого кишечника человека. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Small.
Новая батарея способна поддерживать напряжение около 0,75 вольта не менее 14 часов при постоянном поступлении питательных веществ. Этого достаточно для работы небольших светодиодов и микродатчиков. В дальнейшем исследователи рассчитывают использовать подобные устройства для получения электричества из сточных вод, одновременно решая задачи их очистки.
Идею необычной конструкции ученым подсказало строение тонкого кишечника человека. Его внутренняя поверхность покрыта множеством мельчайших пальцеобразных выростов — ворсинок, которые увеличивают площадь соприкосновения с содержимым кишечника. На их поверхности обитают микроорганизмы, участвующие в пищеварении. Исследователи решили воспроизвести подобную структуру в батарее, чтобы создать благоприятные условия для бактерий, способных вырабатывать электричество.
Ранее специалисты экспериментировали с биобатареями из бумаги, ткани, металлов и полимеров. Однако плоские поверхности таких устройств не обеспечивали достаточного пространства для жизнедеятельности бактерий. Использование пористых материалов также вызывало проблемы: поры могли забиваться бактериальными пленками, из-за чего ухудшалось поступление питательных веществ, накапливались отходы и нарушался равномерный рост микроорганизмов.
Для решения этой проблемы исследователи изготовили искусственные ворсинки из гибкого полимерного гидрогеля — материала, способного удерживать большое количество воды. Внутрь поместили неактивные споры бактерий Bacillus subtilis. При поступлении питательных веществ они пробуждаются и начинают участвовать в выработке электричества. Искусственные ворсинки выполняют роль одного из электродов батареи, а второй изготовлен из специальной углеродной ткани. Между ними расположена мембрана, пропускающая ионы.
Особенность конструкции заключается в том, что бактерии получают большую площадь для роста и более удобный доступ к питательным веществам. При этом гибкий материал позволяет придавать батарее различную форму. По замыслу исследователей, такие устройства можно будет размещать непосредственно внутри канализационных труб, подстраивая их под размеры и форму трубопровода. Содержащиеся в сточных водах вещества станут питанием для бактерий, которые будут преобразовывать получаемую энергию в электрическую.
Новая батарея способна поддерживать напряжение около 0,75 вольта не менее 14 часов при постоянном поступлении питательных веществ. Этого достаточно для работы небольших светодиодов и микродатчиков. В дальнейшем исследователи рассчитывают использовать подобные устройства для получения электричества из сточных вод, одновременно решая задачи их очистки.
Идею необычной конструкции ученым подсказало строение тонкого кишечника человека. Его внутренняя поверхность покрыта множеством мельчайших пальцеобразных выростов — ворсинок, которые увеличивают площадь соприкосновения с содержимым кишечника. На их поверхности обитают микроорганизмы, участвующие в пищеварении. Исследователи решили воспроизвести подобную структуру в батарее, чтобы создать благоприятные условия для бактерий, способных вырабатывать электричество.
Ранее специалисты экспериментировали с биобатареями из бумаги, ткани, металлов и полимеров. Однако плоские поверхности таких устройств не обеспечивали достаточного пространства для жизнедеятельности бактерий. Использование пористых материалов также вызывало проблемы: поры могли забиваться бактериальными пленками, из-за чего ухудшалось поступление питательных веществ, накапливались отходы и нарушался равномерный рост микроорганизмов.
Для решения этой проблемы исследователи изготовили искусственные ворсинки из гибкого полимерного гидрогеля — материала, способного удерживать большое количество воды. Внутрь поместили неактивные споры бактерий Bacillus subtilis. При поступлении питательных веществ они пробуждаются и начинают участвовать в выработке электричества. Искусственные ворсинки выполняют роль одного из электродов батареи, а второй изготовлен из специальной углеродной ткани. Между ними расположена мембрана, пропускающая ионы.
Особенность конструкции заключается в том, что бактерии получают большую площадь для роста и более удобный доступ к питательным веществам. При этом гибкий материал позволяет придавать батарее различную форму. По замыслу исследователей, такие устройства можно будет размещать непосредственно внутри канализационных труб, подстраивая их под размеры и форму трубопровода. Содержащиеся в сточных водах вещества станут питанием для бактерий, которые будут преобразовывать получаемую энергию в электрическую.
