Es ist bekannt, dass einige Bakterien ihren eigenen Strom erzeugen, was sie bei der Herstellung von Batterien und Brennstoffzellen nützlich machen könnte. Bis gestern waren die Versuche jedoch ineffizient und unflexibel gewesen.
Heute gute Nachrichten im Bereich innovative Batterien. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben eine „Biohybrid“-Struktur geschaffen, die um ein Hydrogel herum aufgebaut ist, das Mikroben unterstützen und gleichzeitig ihre Energie effizient ernten kann. Die Bakterien im Zentrum dieses Systems sind als exoelektrogene Bakterien bekannt: Diese Mikrobenfamilie kann Elektronen produzieren, sie über ihre äußere Membran und damit von ihrer Zelle weg übertragen. Wenn wir diese Elektronen einfangen können, können exoelektrogene Bakterien im Wesentlichen zum Aufbau einer lebenden Batterie beitragen.
Aber es gibt ein heikles Gleichgewicht, und offensichtlich hatten frühere Versuche es versäumt, es zu respektieren. Leitfähige Materialien werden benötigt, um Elektronen an einer Elektrode abzulenken, aber die meisten davon sind nicht ideal für das Überleben von Bakterien. Diejenigen, die das Leben eher willkommen heißen, sind dagegen keine effizienten Dirigenten. Zusammengefasst: Wenn es einen guten Leiter gab, tötete er Bakterien und damit keine Energie. Keine lebende Batterie. Wenn der Leiter nicht gut war, blieben die Bakterien am Leben, aber es wurde nicht genug Energie produziert.
Die neue Studie für die lebende Batterie
Für die neue Studie entwickelten die Forscher ein eigenes Material, das diese Sackgasse auflösen und „Ziege und Kohl“ bzw. „Leiter und Bakterien“ retten sollte. Es besteht aus einem Hydrogel aus Kohlenstoffnanoröhren und Siliziumdioxid-Nanopartikeln, die Strom leiten. All dies wird durch DNA-Stränge zusammengehalten. Dieser Infrastruktur werden dann exoelektrogene Bakterien zusammen mit einem nährstoffreichen Nährmedium hinzugefügt, um sie am Leben zu erhalten.
Die Forscher sagen, dass das Rezept modifiziert werden könnte, um einige Eigenschaften des Materials zu modifizieren, insbesondere durch Ändern der Größe und der Sequenzen der DNA-Stränge.
Das Team stellte fest, dass die Bakterien gut auf dem Material wuchsen und tief in die Poren des Hydrogels eindrangen. Das Hydrogel leistete auch gute Arbeit beim Leiten von Elektrizität. Die Forscher bauten auch eine Möglichkeit, die Batterie auszuschalten. Wenn keine Energie mehr benötigt wird, kann ein Enzym hinzugefügt werden, das die DNA-Stränge "schneidet" und das Material kollabiert.
Die Forschung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht ACS Applied Materials & Interfaces .
Quelle: American Chemical Society
