Enerjisi Bakteriler Tarafından Sağlanan Kağıt Pil

Fotoğraf: Araştırmacılar bu kağıt pile enerji vermek için bakterileri kullandı. 

Dünyanın sapa yerlerinde ya da sınırlı kaynakların bulunduğu bölgelerde, elektrikli priz ve piller gibi günlük öğeler lüks sayılır. Bu bölgelerde sağlık çalışanları çoğu zaman teşhis cihazlarını çalıştırmak için elektrik bulamaz; ticari piller hiç olmayabilir ya da çok pahalıdırlar. Düşük maliyetli ve taşınabilir yeni güç kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüzde araştırmacılar, bu zorlukların üstesinden gelebilecek kağıttan yapılmış ve bakterilerin güç sağladığı yeni bir pil oluşturdular.

Araştırmacılar, ürünü bugün Amerikan Kimya Topluluğu’nun(ACS) 256. Ulusal Toplantı ve Fuarı’nda sunacaklar.

Toplantıda çalışmalarını sunacak olan Dr. Seokheun (Sean) Choi, “Kağıdın, biyosensör malzemesi olarak kullanılmasının benzersiz avantajları bulunmaktadır. Bu avantajlar: Pahalı olmaması, kullanıldıktan sonra atılabilmesi, esnek olması ve büyük bir yüzey alanının bulunmasıdır. Bununla birlikte, gelişmiş algılayıcılar bir güç kaynağına ihtiyaç duymaktadırlar. Ticari piller, müsrif ve pahalıdır ve kağıtlara entegre edilemezler. En iyi çözüm, kağıda yerleştirilmiş “biyo-pil” dir” diyor.

Araştırmacılar, daha önce ortamda kirletici maddelerin saptanmasının yanı sıra, hastalıklar ve sağlık durumlarının tanıları için ucuz ve kullanışlı tek kullanımlık kağıda yerleştirilmiş biyosensörler geliştirmişlerdi. Bu tür cihazların birçoğunda sonuçlar renk değişimleri ile bildirilmektedir; fakat genellikle çok duyarlı değildirler. Duyarlılıklarını artırmak için, biyosensörler bir güç kaynağına ihtiyaç duyar. Choi; bu tek kullanımlık cihazlarla birlikte çalışabilen, enerjisi bakteriler tarafından sağlanan ucuz bir kağıt pil geliştirmek istedi.

Bu nedenle, Choi ve Choi’nin New York Eyalet Üniversitesi’nden çalışma arkadaşları, metaller ve diğer maddeleri kağıt yüzeyine ince katmanlar halinde yazdırarak kağıt bataryayı ürettiler. Sonrasında, liyofilize ekzoelektrojenleri kağıt üzerine yerleştirdiler. Ekzoelektrojenler, kendi hücrelerinin dışında elektronları transfer edebilen özel bir bakteri türüdür. Bakteriler kendileri için enerji üretirken oluşan elektronlar, hücre membranından geçerler. Sonrasında dış elektrotlar ile temasa geçerek pile güç sağlayabilirler. Araştırmacılar pili etkinleştirmek için, su veya tükürük kullandı. Birkaç dakika içinde, sıvı, bir LED ışığı ve hesap makinesini çalıştırabilecek güç için yeterli miktarda elektron üreten bakterileri canlandırdı.

Araştırmacılar ayrıca oksijenin cihazın performansını nasıl etkilediğini araştırdılar. Kağıt içerisinden kolaylıkla geçen oksijen bakteriler tarafından üretilen elektronları elektrota ulaşmadan önce kendi bünyesine alabilir. Araştırma ekibi oksijenin enerji üretimi yavaşça düşürmesine karşın, etkisinin aslında çok az olduğunu ortaya koymuştur. Bunun sebebi oksijen müdahale edemeden önce elektronları hızla anoda taşıyan bakteriyel hücrelerin kağıttaki tellere sıkıca bağlı olmasıdır.

Bir kez kullanıldıktan sonra atılan kağıt pilin, şu anda yaklaşık dört aylık bir raf ömrü vardır. Choi, liyofilize bakterilerin hayatta kalması ve pilin performansının arttırılması için daha uzun bir raf ömrü sağlayan koşullar üzerinde çalışmaktadır. Choi, “Pratik uygulamaların çoğu için güç performansının da yaklaşık 1000 kat geliştirilmiş olması gerekiyor” diyor. Bu gücün kağıt pillerin üst üste dizilip çoklu şekilde bağlanarak elde edilebilir olduğuna dikkat çekiyor. Choi, kağıt pil için patent başvurusunda bulundu ve pilin ticarileştirilmesi için endüstri ortakları arıyor.

Araştırmacılar; Ulusal Bilim Vakfı, Donanma Araştırma Ofisi ve New York Eyalet Üniversitesi Araştırma Vakfı’nın desteğini aldıklarını belirtiyorlar.

Kaynak: sciencedaily.com