На грибах напечатали бактериальные солнечные батареи
Sudeep Joshi et al. / Nano Letters, 2018
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.
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.
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
Sudeep Joshi et al. / Nano Letters, 2018
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
Sudeep Joshi et al. / Nano Letters, 2018
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.
Григорий Копиев
