In afgelegen gebieden van de wereld of in regio's met beperkte middelen, alledaagse voorwerpen zoals stopcontacten en batterijen zijn luxeproducten. Gezondheidswerkers in deze gebieden hebben vaak geen elektriciteit om diagnostische apparaten van stroom te voorzien, en commerciële batterijen zijn mogelijk niet beschikbaar of te duur. Er zijn nieuwe stroombronnen nodig die goedkoop en draagbaar zijn. Vandaag, onderzoekers melden een nieuw type batterij - gemaakt van papier en gevoed door bacteriën - die deze uitdagingen zou kunnen overwinnen.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de 256e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS).

"Papier heeft unieke voordelen als materiaal voor biosensoren, " zegt Seokheun (Sean) Choi, doctoraat, die het werk op de vergadering presenteert. "Het is goedkoop, wegwerpbaar, flexibel en heeft een groot oppervlak. Echter, geavanceerde sensoren hebben een voeding nodig. Commerciële batterijen zijn te verspillend en te duur, en ze kunnen niet worden geïntegreerd in papiersubstraten. De beste oplossing is een op papier gebaseerde biobatterij."

Onderzoekers hebben eerder op papier gebaseerde biosensoren voor eenmalig gebruik ontwikkeld voor een goedkope en gemakkelijke diagnose van ziekten en gezondheidsproblemen, evenals voor het detecteren van verontreinigingen in de omgeving. Veel van dergelijke apparaten zijn afhankelijk van kleurveranderingen om een ​​resultaat te rapporteren, maar ze zijn vaak niet erg gevoelig. Om de gevoeligheid te vergroten, de biosensoren hebben een voeding nodig. Choi wilde een goedkope papieren batterij ontwikkelen die wordt aangedreven door bacteriën en die gemakkelijk in deze wegwerpapparaten kan worden ingebouwd.

Dus Choi en zijn collega's van de State University van New York, Binghamton maakte een papieren batterij door dunne lagen metalen en andere materialen op een papieren oppervlak te printen. Vervolgens, ze plaatsten gevriesdroogde "exo-elektrogenen" op het papier. Exo-elektrogenen zijn een speciaal type bacteriën die elektronen buiten hun cellen kunnen overbrengen. de elektronen, die worden gegenereerd wanneer de bacteriën energie voor zichzelf maken, door het celmembraan gaan. Ze kunnen dan contact maken met externe elektroden en de batterij van stroom voorzien. Om de batterij te activeren, de onderzoekers voegden water of speeksel toe. Binnen een paar minuten, de vloeistof deed de bacteriën herleven, die genoeg elektronen produceerde om een ​​lichtgevende diode en een rekenmachine van stroom te voorzien.

De onderzoekers onderzochten ook hoe zuurstof de prestaties van hun apparaat beïnvloedt. Zuurstof, die gemakkelijk door papier gaat, zouden de door de bacteriën geproduceerde elektronen kunnen opnemen voordat ze de elektrode bereiken. Het team ontdekte dat hoewel zuurstof de energieopwekking enigszins verminderde, het effect was minimaal. Dit komt omdat de bacteriecellen stevig vastzaten aan de papiervezels, die de elektronen snel wegvoerde naar de anode voordat zuurstof kon ingrijpen.

De papieren batterij, die een keer kan worden gebruikt en daarna kan worden weggegooid, heeft momenteel een houdbaarheid van ongeveer vier maanden. Choi werkt aan voorwaarden om de overleving en prestaties van de gevriesdroogde bacteriën te verbeteren, waardoor een langere houdbaarheid mogelijk is. "De vermogensprestaties moeten ook met ongeveer 1 worden verbeterd 000-voudig voor de meeste praktische toepassingen, ", zegt Choi. Dit kan worden bereikt door meerdere papierbatterijen te stapelen en aan te sluiten, merkt hij op. Choi heeft een patent aangevraagd voor de batterij en is op zoek naar industriële partners voor commercialisering.