パーソナルエレクトロニクスの “グリーン革命” を起こす細菌たち(The Bacteria Powering a Truly Green Revolution in Personal Electronics)

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UMass Amherstのチームは、汗から長期的・継続的に電気を作ることができるバイオフィルムを開発しました。 UMass Amherst team engineers biofilm capable of producing long-term, continuous electricity from your sweat

2022-08-02 マサチューセッツ大学アマースト校

研究者たちは、このほど、蒸発のエネルギーを採取して電気に変換するバイオフィルムの設計方法を見出したと発表しました。このバイオフィルムは、個人用医療センサーから個人用電子機器まで、あらゆるものに電力を供給し、ウェアラブル・エレクトロニクスの世界に革命をもたらす可能性がある。
必要な処理量を大幅に削減することで、発電のプロセスを簡略化した。バイオフィルムの中で細胞を持続的に増殖させ、その細胞の凝集体を利用することにより、エネルギー投入量が削減され、全てがシンプルになり、応用の可能性が広がりました。
この新しいバイオフィルムの秘密は、肌の水分からエネルギーを作っていることです。
私たちの皮膚の表面は常に汗で湿っているので、バイオフィルムは「プラグイン」して、蒸発で閉じ込められたエネルギーを小型機器の電源に十分なエネルギーに変換することができる。
透明で小さく薄い柔軟なバイオフィルムは、継続的で安定した電力供給を生み出し、バンドエイドのように、皮膚に直接貼るパッチとして着用することができる。

<関連情報>

水の蒸発による発電とウェアラブルへの電力供給を実現する微生物バイオフィルム Microbial biofilms for electricity generation from water evaporation and power to wearables

Xiaomeng Liu,Toshiyuki Ueki,Hongyan Gao,Trevor L. Woodard,Kelly P. Nevin,Tianda Fu,Shuai Fu,Lu Sun,Derek R. Lovley & Jun Yao
Nature Communications  Published:28 July 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-32105-6

Abstract

Employing renewable materials for fabricating clean energy harvesting devices can further improve sustainability. Microorganisms can be mass produced with renewable feedstocks. Here, we demonstrate that it is possible to engineer microbial biofilms as a cohesive, flexible material for long-term continuous electricity production from evaporating water. Single biofilm sheet (~40 µm thick) serving as the functional component in an electronic device continuously produces power density (~1 μW/cm2) higher than that achieved with thicker engineered materials. The energy output is comparable to that achieved with similar sized biofilms catalyzing current production in microbial fuel cells, without the need for an organic feedstock or maintaining cell viability. The biofilm can be sandwiched between a pair of mesh electrodes for scalable device integration and current production. The devices maintain the energy production in ionic solutions and can be used as skin-patch devices to harvest electricity from sweat and moisture on skin to continuously power wearable devices. Biofilms made from different microbial species show generic current production from water evaporation. These results suggest that we can harness the ubiquity of biofilms in nature as additional sources of biomaterial for evaporation-based electricity generation in diverse aqueous environments.

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