Chế tạo pin biohybrid từ vi khuẩn

Các vi khuẩn exoelectrogens có khả năng tự sản sinh ra điện. Phát hiện này khiến chúng trở nên hữu ích và có thể ứng dụng vào để làm pin và cell nhiên liệu.

Một nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT), Cộng Hòa Liên Bang Đức, vừa chế tạo thành công một hệ thống biohybrid (lai sinh học) từ hydrogel. Họ vừa nuôi dưỡng những vi khuẩn này và thu năng lượng sản sinh từ chúng.

Nguyên lý sinh điện của hệ thống này là các vi khuẩn exoelectrogens sẽ sản sinh ra các electron, sau đó các electron sẽ di chuyển xuyên ra lớp màng ngoài và rời khỏi tế bào vi khuẩn. Nếu chúng ta bắt được những electron này từ vi khuẩn, chúng ta có thể tạo ra các khối pin sinh học.

Thực tế, có một vấn đề cần giải quyết đó là để các electron di chuyển sang điện cực (electrode), phải cần một môi trường dẫn điện, nhưng phần lớn các vật liệu dẫn điện đều không tốt cho các thực thể sống. Chính vì thế, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Karlsruhe, đã tìm cách phát triển một loại vật chất riêng có thể dung hòa các vấn đề gặp phải. Loại vật liệu đó là một hydrogel làm từ ống nano carbon và hạt nano silica dẫn điện. Tất cả sẽ cho bám lại với nhau thành một chuỗi, sau đó đưa thêm vi khuẩn exoelectrogens vào môi trường nuôi cấy đầy chất dinh dưỡng.

Kết quả là vi khuẩn phát triển rất tốt trên vật liệu và xâm nhập sâu vào các lỗ hydrogel. Hydrogel này làm rất tốt công việc dẫn điện do các vi khuẩn sản sinh ra. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng xây dựng được cơ chế ngắt pin, đó là khi không cần dùng đến nữa, họ sẽ cho enzyme vào để phá hủy chuỗi hydrogel.

Các nhà nghiên cứu còn cho biết, công thức này hoàn toàn có thể được điều chỉnh (kích thước và trình tự chuỗi hydrogel) để làm thay đổi một số thuộc tính của vật liệu.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí ACS Applied Materials & Interfaces.