Onderzoekers van het Laboratorium voor Organische Elektronica, Universiteit van Linköping, hebben samen met collega's van het Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, Californië, ontwikkelde een methode die de signaalsterkte van microbiële elektrochemische cellen tot twintig keer verhoogt. Het geheim is een film met een ingebedde bacterie:Shewanella oneidensis.

Het toevoegen van bacteriën aan elektrochemische systemen is vaak een milieugevoelige manier om chemische energie om te zetten in elektriciteit. Toepassingen zijn onder meer waterzuivering, bio-elektronica, biosensoren, en voor het oogsten en opslaan van energie in brandstofcellen. Een probleem dat de miniaturisering van de processen heeft ondervonden, is dat een hoge signaalsterkte grote elektroden en een groot vloeistofvolume vereist.

Onderzoekers van de Universiteit van Linköping, samen met collega's van het Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, Californië, VS, hebben nu een methode ontwikkeld waarbij ze de elektroactieve bacterie Shewanella oneidensis inbedden in PEDOT:PSS, een elektrisch geleidend polymeer, op een ondergrond van koolstofvilt.

De onderzoekers noemen het resultaat een "meerlaagse geleidende bacterie-composietfilm, " afgekort als MCBF. Microscopische analyse van de film toont een verweven structuur van bacteriën en geleidende polymeren die tot 80 µm dik kunnen zijn, veel dikker dan het kan zijn zonder deze specifieke techniek.

"Onze experimenten tonen aan dat meer dan 90% van de bacteriën levensvatbaar is, en dat de MCBF de stroom van elektronen in het externe circuit verhoogt. Wanneer onze film wordt gebruikt als anode in microbiële elektrochemische cellen, de stroom is 20 keer hoger dan bij gebruik van ongewijzigde anoden, en blijft dat minstens enkele dagen, " zegt Gábor Mehes, onderzoeker aan de Universiteit van Linköping en een van de hoofdauteurs van het onlangs gepubliceerde wetenschappelijke artikel in Wetenschappelijke rapporten .

Eerder werk heeft getest, onder andere, koolstof nanobuisjes om het oppervlak aan de anode te vergroten, maar de resultaten waren slecht.

Ook de mogelijkheid om biologische processen te koppelen aan leesbare elektrische signalen is waardevol, bijvoorbeeld voor omgevingssensoren die snelle responstijden vereisen, laag energieverbruik, en het vermogen om veel verschillende receptoren te gebruiken. Onderzoekers hebben onlangs aangetoond hoe Shewanella oneidensis kan worden gebruikt om elektrische stromen te produceren als reactie op arseen, arabinose (een soort suiker) en organische zuren, onder andere.

"Deze technologie vertegenwoordigt een soort "levende elektrode" waarbij het elektrodemateriaal en de bacteriën worden samengevoegd tot een enkele elektronische biofilm. Naarmate we meer ontdekken over de essentiële rol die bacteriën spelen in onze eigen gezondheid en welzijn, dergelijke levende elektroden zullen waarschijnlijk veelzijdige en aanpasbare instrumenten worden voor de ontwikkeling van nieuwe vormen van bio-elektronische technologieën en therapieën, " zegt Daniël Simon, hoofdonderzoeker in organische bio-elektronica bij het laboratorium voor organische elektronica.