O baterie care trebuie hrănită în loc să fie încărcată? Este exact ce au realizat cercetătorii cu bateria lor fungică biodegradabilă imprimată 3D. Bateria vie ar putea furniza energie senzorilor pentru agricultură sau cercetare în regiuni îndepărtate. Odată ce lucrarea este terminată, se digeră singură din interior.

Ciupercile sunt o sursă de fascinație, fără îndoială. Acest regat al vieții, mai strâns legat de animale decât de plante, cuprinde o varietate enormă. Totul poate fi inclus aici: de la ciuperci comestibile la mucegaiuri, de la viața unicelulară la cel mai mare organism de pe Pământ, de la agenți patogeni care cauzează boli la super-eroi care produc medicamente. Acum, cercetătorii Empa au obținut o altă abilitate din ciuperci: generarea de electricitate.

Ca parte a unui proiect de cercetare de trei ani, susținut de Gebert Rüf Stiftung, cercetătorii de la laboratorul Empa de Celuloză și Materiale Lemnoase au dezvoltat o baterie fungică funcțională. Celulele vii nu produc multă energie electrică, dar este suficientă pentru a alimenta un senzor de temperatură timp de câteva zile, de exemplu.

Astfel de senzori sunt utilizați în agricultură sau în cercetarea mediului. Cel mai mare avantaj al bateriei fungice? Spre deosebire de bateriile convenționale, nu este doar complet netoxică, ci și biodegradabilă.

Ciuperci de la imprimantă

Strict vorbind, celula nu este o baterie, ci o așa-numită celulă de combustibil microbiană. Ca toate ființele vii, microorganismele transformă nutrienții în energie. Pilele de combustibil microbiene folosesc acest metabolism și captează o parte din energie sub formă de electricitate.

Până acum, acestea au fost alimentate în mare parte de bacterii. „Pentru prima dată, am combinat două tipuri de ciuperci pentru a crea o pilă de combustibil funcțională”, spune cercetătorul Empa Carolina Reyes. Metabolismele celor două specii de ciuperci se completează reciproc: pe partea anodică există o ciupercă de drojdie al cărei metabolism eliberează electroni. Catodul este colonizat de o ciupercă de putregai albă, care produce o enzimă specială, permițând ca electronii să fie capturați și conduși în afara celulei.

Ciupercile nu sunt „plantate” în baterie, ci sunt o parte integrantă a celulei de la început. Componentele bateriei fungice sunt fabricate prin imprimare 3D. Acest lucru le permite cercetătorilor să structureze electrozii în așa fel încât microorganismele să poată accesa nutrienții cât mai ușor posibil.

Pentru a face acest lucru, celulele fungice sunt amestecate în cerneala de imprimare. Mai ușor de spus decât de făcut: „Este destul de dificil să găsești un material în care ciupercile să crească bine”, spune Gustav Nyström. „Dar cerneala trebuie, de asemenea, să fie ușor de extrudat fără a ucide celulele, și bineînțeles că ne dorim să fie conductivă electric și biodegradabilă”.

Microbiologia se întâlnește cu ingineria electrică

Datorită experienței vaste a laboratorului lor în imprimarea 3D a materialelor moi, cercetătorii au reușit să producă o cerneală adecvată pe bază de celuloză. Celulele fungice pot folosi chiar și celuloza ca nutrient și astfel ajută la descompunerea bateriei după utilizare.

Cu toate acestea, sursa lor preferată de nutrienți sunt zaharurile simple, care sunt adăugate celulelor bateriei. „Puteți stoca bateriile fungice într-o stare uscată și le puteți activa la locație prin simpla adăugare de apă și nutrienți”, spune Reyes.

Deși ciupercile robuste supraviețuiesc unor astfel de faze uscate, lucrul cu materialele vii a reprezentat o serie de provocări pentru cercetători. Proiectul interdisciplinar combină microbiologia, știința materialelor și ingineria electrică. Pentru a caracteriza bateriile fungice, microbiologul Reyes nu numai că a trebuit să învețe tehnici de electrochimie, ci și să le adapteze la cerneala de imprimare 3D.

Cercetătorii intenționează acum să facă bateria fungică mai puternică și mai durabilă și să caute alte tipuri de ciuperci care ar fi potrivite pentru furnizarea de energie electrică. „Ciupercile sunt încă puțin cercetate și sub-utilizate, în special în domeniul științei materialelor”, au adăugat Reyes și Nyström.

Sursă articol: EMPA