از عرق الکتریسیته تولید می‌شود

به گزارش حلقه وصل، تحقیقات جدید از UMass Amherst بیوفیلمی را نشان داده است که از عرق، الکتریسیته تولید می‌کند و اجساد باکتری‌های مرده را مهار می‌کند و حداقل به اندازه یک باتری موثر است.

مطالعه جدید که در Nature Communications منتشر شده است، بر اساس تحقیقات قبلی در مورد سویه خاصی از باکتری به نام Geobacter sulfurreducens استوار است.

این میکروب که به عنوان «مواد الکتریکی» نیز شناخته می‌شود، یکی از چندین میکروب است که توانایی تولید الکتریسیته تحت شرایط خاص - از جمله در طول فرآیند تبخیر - را نشان داده است.

این خاصیت باکتری را به یک کاندید ایده آل برای استفاده در بیوفیلم تبدیل می‌کند، که می‌تواند روی پوست چسبانده شود تا از طریق تبخیر عرق، انرژی قابل استفاده برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی را جمع آوری کند.

مشکل تا کنون این بوده است که زنده نگه داشتن این میکروب ها، حفظ شرایط مناسب و تامین مواد اولیه تا حدودی دردسرساز بوده است.تیم Amherst کشف کرد که باکتری G. sulfurreducens برای تولید برق نیازی به زنده بودن ندارد. در واقع، به نظر می‌رسد زمانی که از تعهدات زندگی رها می‌شود، حتی بهتر عمل می‌کند.

درک لولی، استاد برجسته میکروبیولوژی در UMass Amherst و یکی از نویسندگان ارشد مقاله، می‌گوید: بسیار کارآمدتر است. ما با کاهش شدید میزان پردازش مورد نیاز، فرآیند تولید برق را ساده کرده ایم.

به طور پایدار سلول‌ها را در یک بیوفیلم رشد می‌دهیم و سپس از آن تجمع سلولی استفاده می‌کنیم. این کار ورودی‌های انرژی را کاهش می‌دهد، همه چیز را ساده‌تر می‌کند و کاربردهای بالقوه را افزایش می‌دهد.

G.sulfurreducens در کلونی‌های نازک و مات‌شده‌ای به ضخامت یک ورق کاغذ رشد می‌کند که در آن هر میکروب از طریق چیزی که تیم تحقیقاتی آن را نانوسیم‌های طبیعی می‌نامند به همسایگان خود متصل می‌شود. تیم روی این قطعه با مدارهای کوچکی توسط لیزر در آن‌ها حک می‌کند.

سپس، آن‌ها بین الکترودها قرار می‌گیرند و در یک تکه پلیمری نرم و متخلخل که روی پوست قرار می‌گیرد، محصور می‌شوند، جایی که شروع به تولید الکتریسیته با تبخیر عرق از پوست شما می‌کند.جالب اینجاست که به نظر می‌رسد این بیوفیلم در مورد آب شور بسیار بهتر از ژنراتورهای جریان بر پایه تبخیر معدنی عمل می‌کند.

طبق مقاله تحقیقاتی، ساختار آن همچنین تبخیر را تسهیل می‌کند و محققان خاطرنشان می‌کنند که تبخیر آب از طریق بیوفیلم‌ها حتی سریع‌تر از سطح آب آزاد بود.

جون یائو، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در UMass و دیگر نویسنده ارشد مقاله، می‌گوید: عامل محدودکننده لوازم الکترونیکی پوشیدنی همیشه منبع تغذیه بوده است.باتری‌ها تمام می‌شوند و باید تعویض یا شارژ شوند. آن‌ها همچنین حجیم، سنگین و ناراحت کننده هستند.

تیم تحقیقاتی می‌گوید: این بیوفیلم به اندازه یک باتری با اندازه مشابه انرژی تولید می‌کند، نیازی به تغذیه یا مراقبت ندارد و هرگز نیازی به وصل و شارژ ندارد.

آزمایش‌های این مقاله نشان داد که یک پچ پوستی بیوفیلم عملکرد خود را حداقل به مدت ۱۸ ساعت حفظ می‌کند و قادر است حسگر فشاری را که نبض، تنفس و سایر سیگنال‌های بدن را اندازه‌گیری می‌کند، تامین کند. هنگامی که صفحات بیوفیلم به یکدیگر متصل می‌شوند، انرژی یک حسگر گلوکز الکتروشیمیایی پوشیدنی با الگوی لیزری را تامین می‌کنند. در تست‌های آزمایشگاهی، بیوفیلم‌ها عملکرد مشابهی را در روز ۳۵ آزمایش نشان دادند که در روز اول انجام شد. اما پتانسیل این قطعه در اینجا می‌تواند بسیار بیشتر از یک پوشیدنی هوشمند باشد.

نتایج ما نشان می‌دهد که از ورق‌های بیوفیلم یک ماده خلاقانه و پایدار تولید می‌شوند که قادر به تولید انرژی مقیاس‌پذیر از تولید برق مبتنی بر تبخیر است.

در این مطالعه آمده است: راهبردهای دیگر برای ارتقای سلول‌های میکروبی به مواد بسیار کانالیزه و با سطح بالا ممکن است امکان‌پذیر باشد.

وجود میکروارگانیسم‌ها در همه جا و تمایل آن‌ها به تشکیل بیوفیلم، امکان برداشت الکتریسیته را از طریق استراتژی‌های مشابه مبتنی بر تبخیر در محیط‌های مختلف نشان می‌دهد.

اگر این مقیاس در سطوح بزرگ ثابت شود، حدود ۵۰ درصد از مقدار عظیم انرژی خورشیدی که به زمین می‌رسد در فرآیند تبخیر آب جذب می‌شود، و شاید این فناوری بتواند راهی برای مهار بخشی از این انرژی باشد. اگرچه این ایده مطمئناً راه زیادی در پیش دارد.

این تحقیق در مجله معتبر Nature Communications در دسترس است.