Come in Mission Impossible: Batteria di batteri autodistruttivi
I ricercatori sviluppano una biobatteria dissolvibile utilizzando i probiotici per un'elettronica bioriassorbibile in grado di degradarsi nell'organismo
Nei film di Mission: Impossible, la superspia Ethan Hunt - interpretato da Tom Cruise - riceve ordini dai suoi superiori su vari dispositivi che si autodistruggono in cinque secondi.
L'elettronica potrebbe disintegrarsi nella vita reale? Il professore dell'Università di Binghamton Seokheun "Sean" Choi ha condotto ricerche sulla "papertronica" usa e getta negli ultimi 20 anni, ma la parte più difficile nella realizzazione della cosiddetta elettronica transitoria è la batteria.
"L'elettronica transitoria può essere utilizzata per applicazioni biomediche e ambientali, ma deve disintegrarsi in modo biosicuro", ha dichiarato Choi, membro di facoltà del Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science's Department of Electrical and Computer Engineering.
Non vogliamo avere residui tossici all'interno del nostro corpo". Questo tipo di dispositivo è chiamato elettronica bioriassorbibile". Per l'elettronica transitoria o bioriassorbibile, la sfida principale è la fonte di alimentazione, ma la maggior parte delle fonti di alimentazione, come le batterie agli ioni di litio, includono materiali tossici".
Choi e il suo gruppo di ricerca di studenti hanno tratto insegnamento dalle loro precedenti ricerche sulle biobatterie e hanno applicato queste conoscenze a una nuova idea: in un articolo pubblicato di recente sulla rivista Small, hanno mostrato il potenziale dell'uso di probiotici - microrganismi vivi che offrono benefici per la salute se ingeriti, ma che sono altrimenti innocui per l'ambiente o per gli esseri umani.
Maedeh Mohammadifar, PhD '20, laureata nel laboratorio di bioelettronica e microsistemi di Choi, ha sviluppato l'originale cella a combustibile microbica dissolvibile durante il suo periodo di studio a Binghamton.
"Abbiamo usato batteri ben noti che producono elettricità, il che rientra nel livello di biosicurezza 1, quindi è sicuro, ma non eravamo sicuri di cosa sarebbe successo se questi batteri fossero stati rilasciati in natura", ha detto Choi. "Ma ogni volta che facevo delle presentazioni alle conferenze, la gente mi chiedeva: 'Quindi, state usando dei batteri? Possiamo usarli in modo sicuro?".
L'attuale dottoranda Maryam Rezaie ha condotto l'ultima ricerca utilizzando una miscela preconfezionata di 15 probiotici.
"È ben documentato che i probiotici sono sicuri e biocompatibili, ma non eravamo sicuri che questi probiotici avessero la capacità di produrre elettricità", ha detto Choi. "C'era un dubbio, quindi ha fatto molti esperimenti al riguardo".
I primi risultati non sono stati promettenti, ha aggiunto, ma "non ci siamo arresi. Abbiamo progettato una superficie dell'elettrodo che potesse essere preferibile ai batteri, utilizzando un polimero e alcune nanoparticelle per migliorare ipoteticamente il comportamento elettrocatalitico dei probiotici e dare loro una spinta".
L'elettrodo modificato era poroso e ruvido, il che offriva ai batteri condizioni eccellenti per attaccarsi e crescere, migliorando la capacità elettrocatalitica dei microrganismi. Rivestendo la carta dissolvibile con un polimero poco sensibile al pH - il che significa che funzionerà solo in un ambiente acido come un'area inquinata o il sistema digestivo umano - si è aumentata la tensione in uscita e la durata di funzionamento della batteria.
Sebbene abbiano prodotto solo una piccola quantità di energia, Choi considera gli esperimenti come una prova di concetto su cui lui e i futuri studenti potranno basarsi.
"Bisogna fare altre ricerche", ha detto. "Abbiamo usato miscele di probiotici, ma voglio studiare singolarmente quali sono quelli che hanno i geni elettrici in più e come le interazioni sinergiche possono migliorare la produzione di energia. Inoltre, in questa ricerca abbiamo sviluppato una biobatteria in una singola unità. Voglio metterle in contatto in serie o in parallelo per migliorare la potenza".
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