ساخت باطری های حل شونده به دست دانشمندان ایرانی محقق شد

به نقل از یورک الرت، «سئوخیون شان چوی»( Seokheun Sean Choi) استاد «دانشگاه بینگهمتون»(Binghamton University) در طول ۲۰ سال گذشته درباره کاغذ الکترونیکی یک‌بارمصرف تحقیق کرده اما سخت‌ترین بخش در ساخت قطعات الکترونیکی موسوم به «گذرا»، باتری است.

چوی گفت: قطعات الکترونیکی گذرا را می‌توان برای کاربردهای زیست‌پزشکی و زیست‌محیطی مورد استفاده قرار داد اما ابتدا باید به یک شیوه‌ زیست‌ایمن تجزیه شوند. قطعا شما نمی‌خواهید بقایای سمی در بدن خود داشته باشید. به این نوع قطعات، «قطعات الکترونیکی زیست‌جذب‌پذیر» گفته می‌شود. چالش اصلی برای قطعات الکترونیکی گذرا یا زیست‌جذب‌پذیر، منبع تغذیه است اما بیشتر منابع تغذیه مانند باتری‌های لیتیوم-یونی شامل مواد سمی هستند.

چوی و گروهش از پژوهش‌های پیشین خود درباره باتری‌های زیستی درس‌هایی گرفتند و آنها را در یک ایده‌ جدید به کار بردند. آنها در پژوهش جدید خود، پتانسیل استفاده از پروبیوتیک‌ها را نشان دادند. پروبیوتیک‌ها میکروارگانیسم‌های زنده‌ای هستند که در صورت مصرف، فوایدی را برای سلامتی دارند و برای محیط زیست یا انسان بی‌ضرر هستند.

دکتر «مائده محمدی‌فر» فارغ‌التحصیل آزمایشگاه چوی در بیوالکترونیک و میکروسیستم‌ها ، پیل سوختی حل‌شونده اولیه را طی دوران دانشجویی خود در دانشگاه بینگهمتون ابداع کرد.

چوی گفت: ما از باکتری‌های شناخته‌شده تولیدکننده برق استفاده کردیم که در سطح اول ایمنی زیستی قرار دارند و به همین دلیل بی‌خطر هستند اما مطمئن نبودیم که اگر این باکتری‌ها در طبیعت رها شوند، چه رخ می‌دهد. هر زمان که در نشست‌ها سخن‌رانی می‌کردم، مردم می‌پرسیدند: پس شما از باکتری استفاده می‌کنید؟ آیا می‌توانیم با خیال راحت از آن استفاده کنیم؟

«مریم رضایی» دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه بینگهمتون، این پژوهش جدید را با استفاده از ترکیب ۱۵ پروبیوتیک از پیش ساخته‌شده سرپرستی کرد.

چوی گفت: به خوبی مشخص شده است که پروبیوتیک‌ها ایمن و زیست‌سازگار هستند اما ما مطمئن نبودیم که آیا آنها قابلیت تولید برق دارند یا خیر. نتایج اولیه ناامیدکننده بودند اما ما تسلیم نشدیم. ما با استفاده از پلیمر و برخی نانوذرات، سطح یک الکترود را مهندسی کردیم که ممکن است برای باکتری‌ها مناسب‌تر باشد. هدف ما این بود که به صورت فرضی رفتار الکتروکاتالیستی پروبیوتیک‌ها را بهبود ببخشیم و به آنها قدرت بیشتری بدهیم.

الکترود اصلاح‌شده، متخلخل و زبر بود. به همین دلیل، شرایط بسیار خوبی را برای اتصال و رشد باکتری‌ها فراهم می‌کرد و قابلیت الکتروژنیک ریزارگانیسم‌ها را بهبود می‌بخشید. پوشش کاغذ حل‌شونده با یک پلیمر حساس به پی‌اچ پایین – به این معنی که فقط در یک محیط اسیدی مانند یک منطقه آلوده یا دستگاه گوارش انسان کار می‌کند – خروجی ولتاژ و مدت زمان کارکرد باتری را افزایش داد.

اگرچه پروبیوتیک‌ها فقط مقدار کمی برق تولید کردند اما چوی این آزمایش‌ها را به عنوان یک اثبات مفهوم برای خود و دانشجویان آینده می‌بیند تا براساس آن کار کنند. وی افزود: تحقیقات دیگری باید انجام شود. ما از ترکیبات پروبیوتیک استفاده کردیم اما من می‌خواهم به صورت جداگانه مطالعه کنم که کدام یک از آنها ژن‌های الکتریکی اضافی دارند و چگونه تعاملات هم‌افزایی می‌تواند تولید برق را بهبود ببخشد. ما در این پژوهش، یک واحد باتری زیستی را نیز ابداع کردیم. من می‌خواهم آنها را به صورت سری یا موازی به هم متصل کنم تا تولید برق را بهبود ببخشم.