No filme The Matrix, os seres humanos dóceis e semi-conscientes são (spoiler) usados como baterias para uma grande potência mecânica. Embora este princípio seja obviamente forçado, as biobatteries são reais. Na última edição da Advanced Science News, cientistas da Universidade Estadual de Nova York-Binghamton descrevem uma nova maneira de usar bactérias como baterias para pequenos sensores. Embora as bio-baterias tenham sido usadas para eletrônicos de baixa potência, elas nunca foram simples ou eficientes o suficiente para uso generalizado. Assim, o grupo Binghamton desenvolveu uma maneira nova e mais fácil de criar e distribuir células de combustível microbianas, conhecidas como MFCs, usando uma única folha de papel e bactérias liofilizadas que podem ser ativadas com apenas um pouco de saliva.
Um propósito importante dos MFCs, especialmente aqueles baseados em papel, é permitir o uso de eletrônicos de baixa potência, particularmente sensores, quando uma bateria comum é exagerada e custo proibitivo. Eles não carregarão os telefones de ninguém, mas usarão energia suficiente para acionar um LED ou, mais provavelmente, sensores de diagnóstico que poderiam ser usados para detectar o HIV ou o câncer, monitorar a glicose e muito mais.
“[MFCs] podem ser usados em ambientes com recursos limitados, como países em desenvolvimento”, diz o criador Seokheun “Sean” Choi, professor assistente de engenharia elétrica e de computação em Binghamton. “No entanto, o problema é o poder. Não podemos usar baterias comercialmente disponíveis ou tecnologias recentes de colheita de energia porque elas são muito dispendiosas e caras demais para biossensores descartáveis de uso único ”.
A Shewanella oneidensis, a bactéria usada pela equipe de Choi, é freqüentemente usada em nanotecnologia, devido à sua capacidade de reduzir metais e viver em ambientes pobres em oxigênio. É essa redução, na qual os íons positivos são separados dos negativos, que torna as células alongadas de dois micrômetros úteis nas biobaterias - o resultado são partículas carregadas livres que podem ser usadas como energia.
Como uma bateria normal, uma bateria biológica funciona separando um terminal carregado positivamente (chamado de cátodo) de um terminal carregado negativamente (ânodo). À medida que a bactéria digere uma fonte de alimento (geralmente glicose), suas funções respiratórias liberam elétrons e prótons, que podem ser usados como energia.
"Se projetarmos o ambiente para que o oxigênio seja limitado e, em seguida, forneçamos um eletrodo sólido, poderemos capturar esses elétrons", diz Choi.
A inovação de Choi tem a ver com a estrutura dos MFCs de papel. Como, ele perguntou, você pode fazer uma biobatéria de papel barata que é capaz de alimentar sensores eletrônicos simples, mas também é fácil de usar e transportar? Sua solução empregou algumas novas técnicas, principalmente liofilização e dobragem.
A estrutura da bateria é formada por uma folha de papel de cromatografia, dividida em uma grade de vincos. Uma seção, feita de nitrato de prata e coberta por cera, forma o cátodo. Outra seção do polímero condutor atua como o ânodo, e um terceiro contém um reservatório para as bactérias e sua fonte de energia. Choi pré-carrega o reservatório com bactérias e liofiliza-as. Desta forma, eles podem ser transportados ou armazenados por até duas semanas.
Para usar, basta cuspir no reservatório e dobrá-lo no centro do cátodo e do ânodo. Sim, cuspir; basta um pouco de material orgânico para as bactérias, e a saliva contém glicose. Pode ser qualquer coisa, mas a saliva é geralmente disponível e menos censurável do que algumas das alternativas.
O trabalho de Choi faz parte do crescente e importante campo da papertrônica. (Universidade de Binghamton) Aaron Mazzeo, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial da Rutgers, faz a papertronics para interfaces homem-máquina flexíveis - coisas como dispositivos de papel para monitorar o suor para o cortisol, um indicador de estresse. Uma bateria como a de Choi pode ser a fonte de energia que ele precisa.
"Vamos continuar com o desafio contínuo de fornecer energia para esses dispositivos", diz Mazzeo. “Ter a energia elétrica permite que você faça o diagnóstico, mas também pode potencialmente amplificar os sinais, para que você possa detectar quantidades menores. Isso está longe no futuro, mas esse tipo de coisa pode ser útil não só para medir o cortisol, mas talvez até mesmo coisas como colesterol ou álcool ou outros marcadores clinicamente relevantes no sangue, na urina ou no suor. ”
Tanto o trabalho de Mazzeo quanto o de Choi fazem parte do crescente e importante campo da papertrônica. Os cientistas estão encontrando mais e melhores maneiras de colocar circuitos, capacitores, baterias e até mesmo células solares e interfaces de usuário (como o grupo de Mazzeo) no papel. Antes do trabalho de Choi, as baterias que executavam todos esses aplicativos eram complicadas, com várias folhas de papel que precisavam ser correspondidas com precisão.
“Eu acho que há um potencial real para este campo contribuir para os esforços contínuos da sociedade em estabilidade ambiental, segurança, comunicação, saúde e desempenho”, diz Mazzeo.
Mas sempre há uma necessidade de alimentar esses componentes eletrônicos, então Choi ainda quer tornar suas baterias mais poderosas e eficientes, e para isso ele está investigando diferentes meios de dobrá-las e empilhá-las, assim como projetar bactérias para serem melhores produtores de energia.
