Forskare vid Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet, har tillsammans med kollegor vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Berkeley, Kalifornien, utvecklat en metod som ökar signalstyrkan från mikrobiella elektrokemiska celler med upp till tjugo gånger. Hemligheten är en film med en inbäddad bakterie:Shewanella oneidensis.

Att lägga till bakterier i elektrokemiska system är ofta ett miljökänsligt sätt att omvandla kemisk energi till elektricitet. Tillämpningar inkluderar vattenrening, bioelektronik, biosensorer, och för skörd och lagring av energi i bränsleceller. Ett problem som miniatyrisering av processerna har stött på är att en hög signalstyrka kräver stora elektroder och en stor volym vätska.

Forskare vid Linköpings universitet, tillsammans med kollegor vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Berkeley, Kalifornien, USA, har nu utvecklat en metod där de bäddar in den elektroaktiva bakterien Shewanella oneidensis i PEDOT:PSS, en elektriskt ledande polymer, på ett underlag av kolfilt.

Forskarna kallar resultatet för en "flerlagers ledande bakteriell kompositfilm, " förkortas som MCBF. Mikroskopisk analys av filmen visar en interfolierad struktur av bakterier och ledande polymerer som kan vara upp till 80 µm tjocka, mycket tjockare än det kan vara utan denna specifika teknik.

"Våra experiment visar att mer än 90% av bakterierna är livsdugliga, och att MCBF ökar flödet av elektroner i den externa kretsen. När vår film används som anod i mikrobiella elektrokemiska celler, strömmen är 20 gånger högre än när man använder omodifierade anoder, och förblir så i åtminstone flera dagar, "säger Gábor Méhes, forskare vid Linköpings universitet och en av huvudförfattarna till den vetenskapliga artikel som nyligen publicerats i Vetenskapliga rapporter .

Tidigare arbete har testat, bland annat, kolnanorör för att öka ytarean vid anoden, men resultatet var dåligt.

Möjligheten att koppla biologiska processer med läsbara elektriska signaler är också värdefull, till exempel för miljösensorer som kräver snabba responstider, låg energiförbrukning, och förmågan att använda många olika receptorer. Forskare har nyligen visat hur man använder Shewanella oneidensis för att producera elektriska strömmar som svar på arsenik, arabinos (en typ av socker) och organiska syror, bland andra.

"Denna teknik representerar en typ av "levande elektrod" där elektrodmaterialet och bakterierna sammansmälts till en enda elektronisk biofilm. När vi upptäcker mer om den viktiga roll som bakterier spelar för vår egen hälsa och välbefinnande, sådana levande elektroder kommer sannolikt att bli mångsidiga och anpassningsbara verktyg för att utveckla nya former av bioelektronisk teknik och terapier, säger Daniel Simon, huvudforskare i Organic Bioelectronics vid Laboratory of Organic Electronics.