映画「マトリックス」では、従順で半意識のある人間が（ネタバレ）偉大な機械的動力のバッテリーとして使用されています。 この原理は明らかに大げさですが、バイオバッテリーは現実のものです。 Advanced Science Newsの最新号では、ニューヨーク州立大学ビンガムトン大学の科学者が、小型センサーのバッテリーとしてバクテリアを使用する新しい方法について説明しています。 バイオバッテリーは低電力の電子機器に使用されてきましたが、それらは広範囲に使用できるほど単純でも効率的でもありませんでした。 そのため、ビンガムトングループは、わずかな唾液で活性化できる1枚の紙と凍結乾燥した細菌を使用して、MFCと呼ばれる微生物燃料電池を作成および配布する新しい、より簡単な方法を開発しました。
MFC、特に紙ベースのMFCの重要な目的は、通常のバッテリーが過剰でコストがかかりすぎる場合に、低電力の電子機器、特にセンサーを使用できるようにすることです。 これらは誰の携帯電話も充電しませんが、LEDを実行するのに十分な電力を出力します。または、HIVや癌の検出、グルコースの監視などに使用できる診断センサーを使用します。
「[MFC]は、開発途上国などのリソースに制限のある環境で使用できます」と、ビンガムトンの電気およびコンピューターエンジニアリングの助教授であるクリエーターのSeokheun "Sean" Choiは言います。 「しかし、問題は力です。 使い捨てのバイオセンサーであるため、市販のバッテリーや最近のエネルギーハーベスティング技術は無駄で高価すぎるため、使用できません。」
チェのチームが使用するバクテリアであるShewanella oneidensisは、金属を還元し、酸素の少ない環境で生活する能力があるため、ナノテクノロジーでよく使用されます。 陽イオンが陰イオンから分離されることにより、バイオバッテリーに役立つ2マイクロメートルの細長いセルができます。その結果、電力として使用できる自由荷電粒子が得られます。
通常のバッテリーと同様に、バイオバッテリーは、正に帯電した端子（カソード）を負に帯電した端子（アノード）から分離することで機能します。 細菌が食物源（通常はグルコース）を消化すると、その呼吸機能が電子とプロトンを放出し、エネルギーとして使用できます。
「酸素が制限されるように環境を設計し、固体電極を提供すれば、それらの電子を捕獲することができます」とチェ氏は言います。
チェの革新は、紙のMFCの構造に関係しています。 彼は、単純な電子センサーに電力を供給することができ、しかも使いやすく、持ち運びも簡単な安価な紙のバイオバッテリーをどのように作れますかと彼は尋ねました。 彼の解決策は、主に凍結乾燥と折りたたみのいくつかの新しい技術を採用しました。
バッテリーの構造は、しわのグリッドに分割されたクロマトグラフィーペーパーのシートから形成されます。 硝酸銀で作られ、ワックスで覆われた部分がカソードを形成します。 導電性ポリマーの別のセクションはアノードとして機能し、3番目のセクションはバクテリアとそのエネルギー源のリザーバーを含んでいます。 チェは貯水池にバクテリアを事前充填し、凍結乾燥させます。 このようにして、最大2週間輸送または保管できます。
使用するには、リザーバーにつばを吐き出し、カソードとアノードの中央に折り込みます。 はい、唾を吐きます。 必要なのは、バクテリアが成長するための有機物質のほんの一部であり、唾液にはグルコースが含まれています。 それは何でも構いませんが、唾液は一般的に入手可能であり、いくつかの選択肢よりも好ましくありません。
チェの仕事はペーパートロニクスの成長している重要な分野の一部です。 （ビンガムトン大学） ラトガースの機械工学および航空宇宙工学の助教授であるアーロン・マッツェオは、ストレスの指標であるコルチゾールの汗を監視するウェアラブル紙デバイスなど、柔軟なヒューマンマシンインターフェイス用のペーパートロニクスを製造しています。 チェのようなバッテリーは、彼が必要とする電源である可能性があります。
「これらのデバイスに電力を供給するという継続的な課題を抱えていきます」とMazzeoは言います。 「電力があると診断が可能になりますが、信号を増幅する可能性もあるため、少量を検出できる場合があります。 これは将来的にはうまくいきませんが、この種のことはコルチゾールを測定するだけでなく、コレステロール、アルコール、または血液、尿、汗の臨床的に関連する他のマーカーのようなものにさえ役立つかもしれません。
MazzeoとChoiの両方の作品は、ペーパートロニクスの成長している重要な分野の一部です。 科学者たちは、回路、コンデンサー、バッテリー、さらには太陽電池やユーザーインターフェイス（Mazzeoのグループがそうであるように）を紙に載せるより良い方法を見つけています。 チェ氏の研究以前は、これらすべてのアプリケーションを実行してきたバッテリーは、正確に一致しなければならない複数の紙で構成された複雑な問題でした。
「この分野には、環境の安定性、安全性、コミュニケーション、健康、パフォーマンスに関する社会の継続的な取り組みに貢献する本当の可能性があると思います」とマゼオは言います。
しかし、それらの電子機器には常に電力を供給する必要があるため、チェは電池をより強力かつ効率的にすることを望んでおり、それを行うには、電池を折り畳んで積み重ねるさまざまな手段を調査し、バクテリアをより良い電力生産者にするためにエンジニアリングします。
