دانشمندان کشورمان موفق به تولید باتری‌های قابل حل شدند
یک تحقیق تازه‌ای که به همت «مائده محمدی‌فر» و «مریم رضایی»، دانشمندان ایرانی، شکل گرفته، نشان‌دهنده قابلیت استفاده از پروبیوتیک‌ها در توسعه باتری‌های نوین و قابل حل است.
در مجموعه فیلم‌های «ماموریت غیرممکن»، جاسوس برجسته‌ای که «تام کروز» نقش آن را ایفا می‌کند، از مافوق‌های خود دستور می‌گیرد تا از دستگاه‌هایی استفاده نماید که در عرض پنج ثانیه به طور خودکار نابود می‌شوند.
به نقل از یورک الرت، «سئوخیون شان چوی» استاد دانشگاه «بینگهامتون»(Binghamton University) در طی دو دهه اخیر بر روی کاغذ الکترونیکی یکبار مصرف تحقیق کرده، اما بزرگترین چالش در فرآیند ساخت قطعات الکترونیکی قابل تجزیه، تامین انرژی آن‌هاست.
چوی اظهار داشت: قطعات الکترونیکی تجزیه‌پذیر می‌توانند در حوزه‌های زیست‌پزشکی و زیست‌محیطی کاربرد داشته باشند، اما باید ابتدا به شکلی کاملاً زیست‌سازگار و ایمن تجزیه شوند. قطعاً هیچ‌کس نمی‌خواهد که از بقایای سمی در بدن خود رنج ببرد. این گونه قطعات به نام «الکترونیک‌های زیست‌جذب‌پذیر» شهرت دارند. چالش اصلی برای این نوع قطعات، منبع انرژی آن‌ها است، زیرا بیشتر باتری‌ها مانند باتری‌های لیتیوم-یونی مواد مضر و سمی دارند.
چوی و تیمش با بهره‌گیری از تجربیات گذشته خود در زمینه باتری‌های زیستی، ایده جدیدی را طرح‌ریزی کردند. آن‌ها در این پژوهش جدید قابلیت استفاده از پروبیوتیک‌ها را به نمایش گذاشتند، میکروارگانیسم‌هایی که در صورت مصرف می‌توانند به سلامت کمک کنند و برای هر دو، انسان و محیط زیست، بی‌خطر هستند.
دکتر «مائده محمدی‌فر» که فارغ‌التحصیل آزمایشگاه چوی در حوزه بیوالکترونیک و میکروسیستم‌ها است، توانسته در دوران تحصیل خود در دانشگاه بینگهامتون، اولین پیل سوختی قابل تجزیه را اختراع کند.
چوی تصریح کرد: ما از باکتری‌های شناخته شده‌ای که قادر به تولید برق هستند و در رده ایمنی زیستی اولیه قرار دارند، استفاده کردیم که همین امر ایمنی آن‌ها را تضمین می‌کند. اما نمی‌دانستیم که اگر این باکتری‌ها به طور طبیعی رها شوند، چه تاثیری خواهد داشت. در هر نشست علمی که برگزار می‌کردم، پرسش مکرر افراد این بود که آیا می‌توان به‌راحتی از این باکتری‌ها استفاده کرد؟
«مریم رضایی» دانشجوی دکتری دانشگاه بینگهامتون، نظارت بر این پژوهش نوین را با ترکیبی از ۱۵ پروبیوتیک پیش‌ساخته برعهده داشت.
چوی ادامه داد: به روشنی نشان داده شده که پروبیوتیک‌ها ایمن و سازگار با محیط زیست هستند، اما در مورد توانایی آن‌ها در تولید برق تردید داشتیم. ما در نتایج اولیه با چالش‌هایی مواجه شدیم، اما ناامید نشدیم. با به‌کارگیری پلیمرها و نانوذرات خاص، سطح یک الکترود را مهندسی کردیم تا مناسب‌تر برای رشد باکتری‌ها باشد. هدف ما بهبود عملکرد الکتروکاتالیستی پروبیوتیک‌ها و افزایش قدرت تولید برق آن‌ها بود.
الکترود اصلاح شده به شکل متخلخل و زبری طراحی شده بود که شرایط ایده‌آلی را برای اتصال و رشد باکتری‌ها فراهم می‌کرد و عملکرد الکتروژنیک این ریزارگانیسم‌ها را تقویت می‌نمود. پوشش کاغذی قابل حل با استفاده از پلیمر حساس به pH پایین – که تنها در محیط‌های اسیدی همانند نواحی آلوده یا دستگاه گوارش انسان فعالیت می‌کند – توانست ولتاژ خروجی و زمان کارکرد باتری را افزایش دهد.
هرچند پروبیوتیک‌ها تنها مقدار کمی برق تولید کردند، اما چوی این آزمایش‌ها را به عنوان گام اساسی و اثبات مفهوم برای خود و دانشجویان آینده‌اش تلقی می‌کند. وی خاطرنشان کرد: تحقیقات بیشتری لازم است. ما از ترکیبات پروبیوتیک بهره‌برداری کردیم، اما قصد دارم به طور جداگانه بررسی کنم که کدامیک از آن‌ها دارای ژن‌های الکتریکی اضافی هستند و چگونه تعاملات هم‌افزایی می‌تواند به بهبود تولید برق کمک کند. همچنین ما در این تحقیق یک واحد باتری زیستی را نیز توسعه دادیم و هدف دارم آن‌ها را به صورت سری یا موازی متصل کنم تا تولید برق بهبود یابد.
این تحقیق در مجله «Small» منتشر شد.
