История микробных топливных элементов возвращается к началу 20-го века когда связанные с учеными клетки бактерий с электродами, чтобы произвести электричество. Принцип – то, что, если никакой кислород не присутствует, метаболизм бактерий изменяется, чтобы произвести протоны и электроны вместо углекислого газа и воды. Эти электроны могут использоваться для текущего поколения в электрохимической клетке. Такие микробные топливные элементы в настоящее время в большой степени исследуются для стабильной выработки энергии и, особенно, обработка сточных вод.
Их слабое место – плотность энергии. Большая часть электрохимического потенциала бактерий потрачена впустую, потому что они не передают свои произведенные электроны легко к электроду. Чтобы сделать их более проводящими, Цичун Чжан из Наньянского технологического университета, Сингапур и его коллеги исследовал идею обернуть бактерии в раковину проводящих электрон полимеров.
Проблема с этим состоит в том, что покрытые бактерии должны все еще быть жизнеспособными.Ученые полагались на полипиррол полимера. «Модификация бактериальных клеток с полипирролом, как ожидают, улучшает электрическую проводимость бактериальных клеток, не уменьшая их жизнеспособность», объяснили авторы.
Железные ионы использовались как «окислительный инициатор, чтобы сделать pyrrole мономеры полимеризировавшими на поверхности [бактерии]». Предпочтительным организмом был proteobacterium Shewanella oneidensis, который известен его металлической терпимостью и и аэробные и анаэробные образы жизни. Все еще живя и активный, покрытые бактерии были проверены на биотекущее поколение с углеродным анодом. По сравнению с их неизмененными коллегами они действительно показали в 23 раза меньшее сопротивление (что означает, увеличенная проводимость), пятикратное увеличение производства электроэнергии и в 14 раз более высокая плотность максимальной мощности анода в микробном топливном элементе.
И если бактерии питались лактатом, авторы наблюдали явный ток, которого не произошло, когда непокрытые бактерии использовались.Подход Чжана – замечательное решение проблемы проводимости микробного анода.
Авторы полагают, что эта схема покрытия живых бактерий может добавить новое измерение к исследованию микробных топливных элементов, а также общему исследованию в области поверхности клеток functionalization.