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

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, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

Позавчера, 13:51
23 минуты
Александр Березин

Спутниковые снимки показывают: отказ от пахоты в Штатах ведет к росту урожайности при снижении затрат. Россия, где был создан этот метод, сегодня его почти не применяет. Разбираемся, почему так получилось и чем он лучше традиционной вспашки.

9 часов назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

В результате крушения нового ударного вертолета Ми-28УБ погибли двое летчиков.

Позавчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

9 декабря
3 минуты
Денис Гордеев

Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.

11 декабря
4 минуты
Сергей Васильев

В янтаре сохранились не только перья динозавров, но и пившие их кровь насекомые мелового периода.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Позавчера, 19:02
5 минут
Полина Гершберг

Для женщин, которые хотят получить пользу от тренировок, важнее всего создать привычку.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: