I avlägsna områden i världen eller i regioner med begränsade resurser, vardagsartiklar som eluttag och batterier är lyx. Vårdpersonal i dessa områden saknar ofta elektricitet för att driva diagnostiska enheter, och kommersiella batterier kan vara otillgängliga eller för dyra. Det behövs nya kraftkällor som är billiga och bärbara. I dag, forskare rapporterar om en ny typ av batteri — gjord av papper och drivs av bakterier — som skulle kunna övervinna dessa utmaningar.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid det 256:e nationella mötet och utställningen av American Chemical Society (ACS).

"Papper har unika fördelar som material för biosensorer, " säger Seokheun (Sean) Choi, Ph.D., vem som presenterar arbetet på mötet. "Det är billigt, disponibel, flexibel och har en hög ytarea. Dock, sofistikerade sensorer kräver strömförsörjning. Kommersiella batterier är för slösaktiga och dyra, och de kan inte integreras i papperssubstrat. Den bästa lösningen är ett pappersbaserat biobatteri."

Forskare har tidigare utvecklat pappersbaserade engångsbiosensorer för billig och bekväm diagnos av sjukdomar och hälsotillstånd, samt för att upptäcka föroreningar i miljön. Många sådana enheter förlitar sig på färgändringar för att rapportera ett resultat, men de är ofta inte särskilt känsliga. För att öka känsligheten, biosensorerna behöver en strömförsörjning. Choi ville utveckla ett billigt pappersbatteri som drivs av bakterier som lätt kunde införlivas i dessa engångsenheter.

Så Choi och hans kollegor vid State University of New York, Binghamton gjorde ett pappersbatteri genom att trycka tunna lager av metaller och andra material på en pappersyta. Sedan, de placerade frystorkade "exoelektrogener" på papperet. Exoelektrogener är en speciell typ av bakterier som kan överföra elektroner utanför sina celler. Elektronerna, som genereras när bakterierna skapar energi för sig själva, passera genom cellmembranet. De kan då komma i kontakt med externa elektroder och driva batteriet. För att aktivera batteriet, forskarna tillsatte vatten eller saliv. Inom ett par minuter, vätskan återupplivade bakterierna, som producerade tillräckligt med elektroner för att driva en ljusemitterande diod och en kalkylator.

Forskarna undersökte också hur syre påverkar deras enhets prestanda. Syre, som lätt passerar genom papper, kan suga upp elektroner som produceras av bakterierna innan de når elektroden. Teamet fann att även om syre minskade kraftgenereringen något, effekten var minimal. Detta beror på att bakteriecellerna var tätt fästa vid pappersfibrerna, som snabbt förde bort elektronerna till anoden innan syre kunde ingripa.

Pappersbatteriet, som kan användas en gång och sedan slängas, har för närvarande en hållbarhet på cirka fyra månader. Choi arbetar på förutsättningar för att förbättra överlevnaden och prestanda för de frystorkade bakterierna, möjliggör en längre hållbarhet. "Strömprestandan måste också förbättras med cirka 1, 000 gånger för de flesta praktiska tillämpningar, " säger Choi. Detta kan uppnås genom att stapla och ansluta flera pappersbatterier, konstaterar han. Choi har ansökt om patent för batteriet och söker industripartners för kommersialisering.