Биогибридная батарея собирает энергию от электрических бактерий

Известно, что некоторые бактерии производят свое собственное электричество, что может сделать их полезными для батарей и топливных элементов. Но пока такие попытки были неэффективными и негибкими. Теперь исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) создали «биогибридную» систему, построенную вокруг гидрогеля, которая может поддерживать микробы, эффективно собирая их энергию.

Бактерии в основе этой системы известны как экзоэлектрогены. Это семейство микробов может производить электроны, перемещать их через внешнюю мембрану и затем удаляться от клетки. Если мы сможем поймать эти электроны, экзоэлектрогенные бактерии могут существенно помочь в создании живых батарей.

Но в этом есть одна большая проблема, которая до сих пор не была решена. Проводящие материалы необходимы, чтобы переносить электроны к электроду, но большинство из них не очень хороши для бактерий. С другой стороны, те материалы, которые более подходят для бактерий, не являются эффективными проводниками.

Для нового исследования ученые разработали собственный материал. Он начинается с гидрогеля, изготовленного из углеродных нанотрубок и наночастиц кремнезема, которые проводят электричество. Это все держится вместе с нитями ДНК. Затем добавляются экзоэлектрогенные бактерии вместе с питательной средой для поддержания их жизнедеятельности.

Исследователи обнаружили, что бактерии хорошо росли на материале, проникая глубоко в поры гидрогеля. Гидрогель также хорошо справился с проведением электричества.

Ученые также создали способ выключить батарею. Когда гель больше не нужен, можно добавить фермент, который разрезает нити ДНК и вызывает разрушение материала.

Кроме того, «рецепт геля» может быть улучшен, чтобы изменить некоторые свойства материала, в частности, путем изменения размера и последовательности нитей ДНК.

Исследование было опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.