In aree remote del mondo o in regioni con risorse limitate, gli oggetti di uso quotidiano come le prese elettriche e le batterie sono un lusso. Gli operatori sanitari in queste aree spesso mancano di elettricità per alimentare i dispositivi diagnostici, e le batterie commerciali potrebbero non essere disponibili o troppo costose. Sono necessarie nuove fonti di energia che siano a basso costo e portatili. Oggi, i ricercatori segnalano un nuovo tipo di batteria, fatta di carta e alimentata da batteri, che potrebbe superare queste sfide.

I ricercatori presenteranno oggi i loro risultati al 256° National Meeting &Exposition dell'American Chemical Society (ACS).

"La carta ha vantaggi unici come materiale per i biosensori, " dice Seokheun (Sean) Choi, dottorato di ricerca, che presenta il lavoro all'incontro. "È poco costoso, monouso, flessibile e ha una superficie elevata. Però, sensori sofisticati richiedono un alimentatore. Le batterie commerciali sono troppo dispendiose e costose, e non possono essere integrati nei substrati di carta. La soluzione migliore è una bio-batteria cartacea."

I ricercatori hanno precedentemente sviluppato biosensori cartacei usa e getta per una diagnosi conveniente e conveniente di malattie e condizioni di salute, nonché per il rilevamento di contaminanti nell'ambiente. Molti di questi dispositivi si basano sui cambiamenti di colore per riportare un risultato, ma spesso non sono molto sensibili. Per aumentare la sensibilità, i biosensori necessitano di alimentazione. Choi voleva sviluppare una batteria di carta economica alimentata da batteri che potesse essere facilmente incorporata in questi dispositivi monouso.

Così Choi e i suoi colleghi della State University di New York, Binghamton ha realizzato una batteria di carta stampando sottili strati di metalli e altri materiali su una superficie di carta. Quindi, hanno messo "esoelettrogeni" liofilizzati sulla carta. Gli esoelettrogeni sono un tipo speciale di batteri in grado di trasferire elettroni al di fuori delle loro cellule. Gli elettroni, che si generano quando i batteri producono energia per se stessi, passare attraverso la membrana cellulare. Possono quindi entrare in contatto con elettrodi esterni e alimentare la batteria. Per attivare la batteria, i ricercatori hanno aggiunto acqua o saliva. In un paio di minuti, il liquido ha rianimato i batteri, che ha prodotto abbastanza elettroni per alimentare un diodo emettitore di luce e una calcolatrice.

I ricercatori hanno anche studiato come l'ossigeno influisce sulle prestazioni del loro dispositivo. Ossigeno, che passa facilmente attraverso la carta, potrebbe assorbire gli elettroni prodotti dai batteri prima che raggiungano l'elettrodo. Il team ha scoperto che sebbene l'ossigeno diminuisse leggermente la generazione di energia, l'effetto è stato minimo. Questo perché le cellule batteriche erano strettamente attaccate alle fibre di carta, che rapidamente ha portato via gli elettroni all'anodo prima che l'ossigeno potesse intervenire.

La batteria di carta, che può essere usato una volta e poi buttato via, attualmente ha una durata di circa quattro mesi. Choi sta lavorando alle condizioni per migliorare la sopravvivenza e le prestazioni dei batteri liofilizzati, consentendo una durata di conservazione più lunga. "Anche le prestazioni energetiche devono essere migliorate di circa 1, 000 volte per la maggior parte delle applicazioni pratiche, " dice Choi. Ciò potrebbe essere ottenuto impilando e collegando più batterie di carta, lui nota. Choi ha richiesto un brevetto per la batteria e sta cercando partner industriali per la commercializzazione.