Электричество из грибов и бактерий

На грибах напечатали бактериальные солнечные батареи

Григорий Копиев, N+1

Американские исследователи предложили использовать грибы в качестве основы для биологических солнечных панелей, вырабатывающих электричество благодаря светочувствительным цианобактериям. Эксперименты с напечатанными на 3D-принтере прототипами показали, что грибы повышают выживаемость бактерий после печати, рассказывают авторы статьи в Nano Letters (Joshi et al., Bacterial Nanobionics via 3D Printing).

Ученые уже создали достаточно много вариантов такой биологической солнечной панели, но пока все они остаются лишь лабораторными прототипами. Одна из причин этого заключается в том, что время жизни бактерий мало для реального применения из-за недостаточной биосовместимости остальных элементов панели, неподходящих условий или других факторов. Ману Маннур (Manu Mannoor) и его коллеги из Технологического университета Стивенса предложили увеличить время жизни цианобактерий в биофотовольтаических устройствах благодаря использованию в качестве подложки другого организма — гриба. Благодаря такому носителю бактерии получают необходимую влагу из почвы через небольшие каналы в грибе. Кроме того, он обеспечивает бактериям оптимальную температуру и кислотность среды.

Слои гидрогеля с бактериями и графеновых проводящих дорожек на настоящем грибе и полимерной модели (рисунки из статьи в Nano Letters).

Помимо классических технологий создания солнечных панелей существует и менее популярное направление — биофотовольтаика. В ней в качестве преобразователя солнечного света в электрический ток используются бактерии, способные к фотосинтезу. Как правило, ученые используют для этого цианобактерии — сине-зеленые водоросли. В присутствии воды и света они расщепляют молекулы воды на молекулярный кислород, ион водорода и электрон. Этот электрон можно захватить одним электродом, а затем использовать на другом электроде для обратного преобразования кислорода и водорода в воду.

Исследователи создали два типа «чернил» для печати на грибе (в данном случае это был шампиньон). Один из материалов основан на гидрогеле из альгината натрия, в который добавлена питательная среда для бактерий и сами бактерии рода Anabaena. Второй материал печати — это проводящая смесь из двух иономеров PEDOT:PSS, в которую добавили графеновые наноленты. Во время печати 3D-принтер сначала создает токосборник из графеновой смеси, а затем поверх него печатает спиралевидную полосу из смеси с цианобактериями.

Выживаемость бактерий на настоящем грибе (зеленый) и искусственном грибе (красный), а также в виде отдельных пленок из смеси двух материалов.

Для проверки характеристик фототрофных бактерий в качестве преобразователя солнечной энергии исследователи провели несколько экспериментов. Измерение электрических характеристик показало, что максимальный вырабатываемый ток составляет около 67 наноампер, причем 3D-печать организованных структур повышает величину тока по сравнению с равномерно распределенными бактериями. Кроме того, авторы исследовали влияние гриба на выживаемость бактерий по сравнению с печатью на полисилоксановой модели гриба. Выяснилось, что использование настоящего гриба в качестве подложки заметно повышает выживаемость по сравнению с применением искусственной подложки, однако даже в таком случае количество живых бактерий падает до примерно десяти процентов через три дня.

В прошлом году британские ученые представили метод, позволяющий использовать струйный принтер для печати биофотовольтаических панелей на бумаге. Исследователи напечатали несколько прототипов и смогли с их помощью запитать простые часы с жидкокристаллическим экраном и светодиод.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru