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Micro generatori alimentati a saliva

Microcelle a combustibile microbico, alimentate a saliva, sono in grado di produrre quantità di energia sufficienti per eseguire applicazioni on-chip, questo secondo un team internazionale di ingegneri.

Mouth-Bacteria

Bruce E. Logan, professore alla Enviromentel Engineering in Pennsylvania, USA, ha accreditato l’idea della sua collega ricercatrice Justine E. Mink. “L’idea è stata sua, visto che stava pensando a un tipo di sensori adatti al monitoraggio del glucosio nei diabetici e si chiese se si potesse usare una cella a combustibile microbico”, spiega Logan, aggiungendo: “C’è parecchia roba organica nella saliva.”

Le celle a combustibile microbico creano energia nel momento che i batteri scindono materiale organico producendo una carica, che viene poi trasferita all’anodo. Logan, che ha studiato questo tipo di celle per più di dieci anni, usa abituamente l’acqua di rifiuto come fonte, sia di materiale organico che di batteri, per creare elettricità e idrogeno. I micro dispositivi di cui stiamo parlando però, sono un pò diversi.

“Producendo circa 1 microwatt di potenza, questi microgeneratori alimentati a saliva generano abbastanza energia da essere direttamente usati come un “racimolatori di energia” [1] per applicazioni microelettroniche”, riportano gli scienziati nell’ultimo numero di Asia Materials, del gruppo di Nature Publishing.

I ricercatori pensano che l’arrivo di chip elettronici biomedici, a bassissimo consumo, capaci di operare con output inferiori ai microwatt, stia diventando realtà.

Una delle possibili applicazioni per questa tecnologia potrebbe essere per esempio un piccolissimo predittore dell’ovuluzione che si basa sulla conduttività della saliva della donna, che cambia cinque giorni prima dell’evulazione. Il dispositivo misurerebbe questo valore e poi userebbe la stessa energia della saliva per inviarne la lettura a uno smartphone nelle vicinanze.

Questi dispositivi biomedici funzionanti a minuscole celle a combustibile microbico avranno la loro risorsa energetica disponibile ovunque e pertanto potranno essere portatili. La saliva tuttavia non ha il tipo di batteri necessari per le celle a combustibile, e i costruttori dovrebbero aver bisogno di inoculare nel dispositivo dei batteri dall’ambiente naturale.

In passato le celle più piccole dovevano essere a due camere, a differenza di questa micro versione che utilizza una sola camera con anodo rivestito di tessuto di carbonio, invece che di platino, e un catodo ad aria.

Questo tipo di catodo non è stato utilizzato prima perché se l’ossigeno in qualche modo riesce ad arrivare ai batteri, questi lo possono respirare, smettendo di produrre elettricità.

“Abbiamo sempre evitato di usare catodi ad aria in questi sistemi per evitare la contaminazione di ossigeno negli elettrodi posti molto vicini” dice Logan. “Tuttavia queste micro celle operano a distanze di livello micron tra gli elettrodi. Non capiamo pienamente come mai, ma, la cosa più importante è che funzioni.”

L’anodo è composto di grafene, un nanomateriale di carbonio. Altre celle a combustibile microbico hanno funzionato con ossido di grafene, i ricercatori però hanno visto che anche un multistrato di grafene puro può funzionare da ottimo materiale per l’anodo.

Mentre i ricercatori per il momento stanno testando queste celle con acetato e saliva umana, può essere utilizzato qualsiasi liquido con materiale organico sufficiente.

Il primo autore di questo paper è Justin E. Mink, Ph.D alla King Abdullah University of Science and Technology. Hanno lavorato a questo progetto anche Muhammad M. Hussain, assistente universitario, e Ramy M. Qaisi, studente laureato alla KAUST.

[1] http://it.wikipedia.org/wiki/Energy_harvesting
[2] http://news.psu.edu/story/310362/2014/04/03/research/tiny-power-generator-runs-spit

Daniel Iversen
7 aprile 2014

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