Может ли электроника превратиться в ничто в реальной жизни? Профессор Бингемтонского университета Сокхын "Шон" Чой исследовал одноразовую "бумажную электронику" в течение последних 20 лет, но самая сложная часть в создании так называемой переходной электроники - это батарея.

"Переходная электроника может быть использована для биомедицинских и экологических целей, но она должна распадаться биобезопасным образом", - сказал Чой, преподаватель кафедры электротехники и вычислительной техники Колледжа инженерии и прикладных наук Томаса Дж. Уотсона.

"Вы же не хотите, чтобы в вашем организме оставались токсичные остатки. Такой тип устройств называется биорезорбируемой электроникой. Для переходной или биоразлагаемой электроники ключевой проблемой является источник питания, но большинство источников питания, таких как литий-ионные аккумуляторы, содержат токсичные материалы".

Чой и его студенческая исследовательская группа извлекли уроки из своих предыдущих исследований в области биобатарей и применили эти знания к новой идее: в статье, недавно опубликованной в журнале Small, они показывают потенциал использования пробиотиков - живых микроорганизмов, которые приносят пользу здоровью при приеме внутрь, но в остальном безвредны для окружающей среды или человека.

Маэде Мохаммадифар, 20-летняя доктор философии, выпускница лаборатории биоэлектроники и микросистем Чоя, разработала оригинальный растворяемый микробный топливный элемент во время учебы в Бингемтоне.

"Мы использовали хорошо известные бактерии, вырабатывающие электричество, которые находятся на уровне биобезопасности 1, так что это безопасно, но мы не были уверены, что произойдет, если эти бактерии выпустить в природу", - сказал Чой. "Но всякий раз, когда я выступал с докладами на конференциях, люди спрашивали: "Итак, вы используете бактерии? Можем ли мы безопасно использовать это?"

Нынешняя аспирантка Мариам Резаи возглавила последнее исследование, используя предварительно приготовленную смесь из 15 пробиотиков.

"Хорошо задокументировано, что пробиотики безопасны и биосовместимы, но мы не были уверены, обладают ли эти пробиотики способностью вырабатывать электричество", - сказал Чой. "Был вопрос, поэтому она провела множество экспериментов по этому поводу".

Первые результаты оказались бесперспективными, добавил он, но "мы не сдавались. Мы спроектировали поверхность электрода, которая могла бы быть предпочтительнее для бактерий, используя полимер и некоторые наночастицы, чтобы гипотетически улучшить электрокаталитические свойства пробиотиков и придать им импульс".

Модифицированный электрод был пористым и шероховатым, что создавало отличные условия для прикрепления и роста бактерий и улучшало электрогенную способность микроорганизмов. Покрытие растворяемой бумаги полимером, чувствительным к низкому уровню рН, что означает, что она будет работать только в кислой среде, такой как загрязненная территория или пищеварительная система человека, увеличило выходное напряжение и продолжительность работы аккумулятора.

Несмотря на то, что они производили лишь небольшое количество энергии, Чой рассматривает эксперименты как доказательство концепции, на которую он и будущие студенты могут опираться.

"Необходимо провести другие исследования", - сказал он. "Мы использовали смеси пробиотиков, но я хочу индивидуально изучить, какие из них обладают дополнительными электрическими генами и как синергетические взаимодействия могут улучшить выработку энергии. Кроме того, в ходе этого исследования мы разработали биобатарею в едином блоке. Я хочу подключать их последовательно или параллельно, чтобы увеличить мощность".