Микробный топливный элемент, работающий на слюне — Naked Science
07.04.2014
8 минут
Редакция
76

Микробный топливный элемент, работающий на слюне

Создан новый микробный топливный элемент микронного размера, питающийся жидкостями (к примеру, слюной), который может выдавать до 1 мкВт мощности.

microbial

Команда исследователей под руководством Мухаммеда Хусейна (Muhammad Hussain) из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы вместе с коллегами из университета Пенсильвании, разработала новый микробный топливный элемент на основе многослойного графена и резины. Устройство содержит воздушный катод, впервые использованный в столь миниатюрной системе, которая способна выдавать до 1 мкВт мощности.

 

В основе технологии лежат бактерии, генерирующие электричество из различных отходов. Они разлагают органические вещества, в процессе чего высвобождаются электроны. Они отправляются на анод, после чего проходят через внешнюю цепь к катоду, и в результате генерируется электрический ток.

 


Как правило, миниатюрные топливные элементы содержат две камеры, в которых помещаются анод и катод, отделённые полупроницаемой мембраной. Проблема в том, что катодную камеру необходимо постоянно пополнять свежими акцепторами электронов.


 

Создавая новый микробный топливный элемент специалисты из Саудовской Аравии и США смогли избавиться от мембраны (упростив, тем самым, конструкцию) и от внутреннего сопротивления.

 

Авторы исследования уменьшили графеновый анод до размеров квадрата со стороной 1 см (в виде фольги), после чего поместили между катодом и анодом резиновую прокладку толщиной 1 мм при той же площади. Затем ученые в качестве анодной камеры вырезали в центре прокладки квадратное отверстие (5 на 5 мм). Для впрыскивания слюны в устройство ученые с обеих сторон резиновой прокладки вставили иголки от шприцев.

 

Использование резины даёт нам ещё одно преимущество: устройство становится гибким, и его можно прикрепить практически к любой поверхности. Кроме того, воздушный катод исключает необходимость использования лабораторных химикатов.

 

– Мухаммед Хусейн

 

 

Слюна хоть и состоит в основном из воды, тем не менее, содержит неорганические и органические соединения (такие как глюкоза), которые могут быть использованы как топливо для бактерий. Испытания топливного элемента показали, что устройство производит гораздо более высокую плотность тока – 1190 ампер на метр кубический – чем какой-либо существующий аналог.

 

Конструкция топливного элемента

©Bruce Logan, Penn State

 

Анод из графеновой фольги генерирует в 40 раз больше энергии, чем обычный анод из углеродной материи. И всё благодаря исключительным электропроводным характеристикам графена, позволяющим электронам быстрее двигаться по цепи.

 

Наше исследование является первым, наглядно демонстрирующим, что слюна и, вероятно, другие высококонцентрированные органические виды топлива можно использовать для питания биоэлектронных устройств. Производя почти 1 микроватт энергии, наш топливный элемент уже достаточно эффективен для питания маломощной лаборатории на чипе.

 

– Мухаммед Хусейн

 

 

 

Данная технология, как отмечают авторы исследования, будет полезна для создания тестов на овуляцию.

 


Овуляция – явление, представляющее собой выход яйцеклетки (ооцита второго порядка) из яичника в брюшную полость в результате разрыва зрелого фолликула. Из брюшной полости яйцеклетка попадает в яйцевод (называемый у женщины фаллопиевой трубой), где происходит оплодотворение. Биологический смысл овуляции состоит в освобождении яйцеклетки от фолликула для её оплодотворения и дальнейшей транспортировки по половым путям самки.


 

Во время овуляции электропроводимость слюны резко падает, что, возможно, связано с увеличением содержания гормона эстрогена. При помощи новой разработки ученых можно будет измерить изменения этого показателя и определить период максимальной женской фертильности.

 

Энергии, генерируемой устройством, может быть достаточно для передачи данных на смартфон. Получается удобная и доступная технология планирования семьи.

 

– Мухаммед Хусейн

 

 

Сейчас ученые размышляют над тем, как увеличить мощность устройства до диапазона милливаттов. Скорее всего, они модернизируют воздушный катод.

 

Позавчера, 16:05
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

Вчера, 12:24
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

Позавчера, 12:35
7 минут
ФизТех

Российские ученые из МФТИ, ФТИАН и ИТМО создали нейросеть, которая научилась предсказывать поведение квантовой системы, «взглянув» на ее схему. Такая нейросеть самостоятельно находит те решения, которые хорошо подходят для демонстрации квантовых преимуществ. Это поможет исследователям разрабатывать эффективные квантовые компьютеры.

Позавчера, 16:05
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

Вчера, 12:24
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

13 января
7 минут
Сергей Васильев

Прямые улицы неолитических деревень Центральной Европы неизменно слегка поворачивают налево: ученые связывают это с особенностями работы человеческого зрения, о которых не подозревали строители каменного века.

Позавчера, 16:05
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

20.12.2019
24 минуты
Ольга Иванова

На самом деле, на логотипе этих гаджетов вовсе не яблоко, а контаминация знаков птицы и огня. Потому что символ компании VinSmart, входящей в корпорацию VinGroup, — энергия, устремленная ввысь. Это настоящее вьетнамское чудо, выросшее на продаже лапши быстрого приготовления, а теперь имеющее сеть супермаркетов, отелей, школ, производящее автомобили, кондиционеры, телевизоры, электроскутеры, умные дома и смартфоны для местного населения. Впрочем, не только для местного — гаджеты от VinGroup уже вышли на российский рынок. Naked Science побывал на заводе во Вьетнаме и узнал все о том, как их делают.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: