باکتری‌های هادی الکتریسیته راهگشای ایجاد باتری‌های خیلی کوچک

توضیح تصویر: یک مدل اتمی برای نانوسیم های میکروبی که الکتریسیته را هدایت می کنند، در پیش زمینه هستند، در حالی که دو باکتری در میکروگراف الکترونی در پس زمینه دیده می شوند، که توسط نانوسیم ها احاطه شده‌اند.
اعتبار: ادوارد اگلمن
  

دانشمندان یک کشف شگفت آور انجام داده اند درباره این که چگونه باکتری های عجیبی که در خاک و رسوب زندگی می کنند، می توانند برق تولید کنند. محققان مشخص کرده اند که باکتری ها این کار را از طریق ساختار بیولوژیکی یکپارچه ای که پیش از این هرگز در طبیعت دیده نشده است انجام می دهند – ساختاری که دانشمندان می توانند به کار گیرند تا الکترونیک را کوچک سازی کنند، باتری های قدرتمند اما کوچک بسازند، ضربان ساز بی سیم بسازند، و مجموعه ای از دیگر پیشرفت های پزشکی را توسعه دهند.

دانشمندان معتقد بودند که ژئوباکتر سولفوردوسنس برق را از طریق ضمیمه های های معمولی مو مانند، به نام پیلی، هدایت می کند. در عوض، یک محقق در دانشکده پزشکی دانشگاه ویرجینیا و همکارانش مشخص کرده اند که باکتری از طریق فیبرهای کاملاً مرتب شده از یک پروتئین کاملا متفاوت برق را انتقال می دهد. این پروتئین ها هسته ای از مولکول های حاوی فلز را احاطه کرده اند، بسیار شبیه این که یک ریسمان الکتریکی در بر دارنده‌ی سیم های فلزی باشد. اما این "نانوسیم" 100000 بار کوچکتر از عرض موی انسان است.  محققان معتقد هستند که این ساختار کوچک اما مرتب می تواند برای همه چیز بسیار مفید باشد، از تحت کنترل در آوردن توان انرژی زیستی گرفته تا تمیز کردن آلودگی و تا ایجاد حسگرهای بیولوژیکی. این در واقع می تواند به عنوان پلی بین الکترونیک و سلول های زنده عمل کند.
 
ادوارد ا. اگلمن (UVA) اظهار داشت: "تمام انواع دستگاه های پزشکی ایمپلنت با بافت متصل شده اند، مانند دستگاه های ضربان ساز با سیم، و این می تواند منجر به کاربردهایی شود که دستگاه هایی مینیاتوری دارید که در واقع با این فیبرهای پروتئینی مرتبط هستند." "اکنون ما می توانیم مینیاتوری سازی بسیاری از دستگاه های الکترونیکی تولید شده توسط باکتری را تصور کنیم که بسیار شگفت انگیز است".
 

باکتری های زئوباکتر نقش مهمی در خاک دارند، از جمله تسهیل گردش معدنی و حتی پاکسازی زباله های رادیواکتیو. آنها در محیط بدون اکسیژن زنده می مانند و از نانوسیم ها برای از این که از شر الکترون های اضافی رها شوند استفاده می کنند که چیزی معادل تنفس برای آنهاست. این نانوسیم ها دانشمندان را مجذوب خود کرده اند، اما اکنون تنها محققان UVA، Yale و دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، قادر به تعیین این که چگونه ژئوباکتر سولفوردوسنس از این سیم های ارگانیک برای انتقال برق استفاده می کنند هستند.
 
Egelman از گروه بیوشیمی و ژنتیک مولکولی UVA گفت: "این فن آوری [برای درک نانوسیم‌ها] تا حدود پنج سال پیش وجود نداشت، زمانی که پیشرفت در میکروسکوپ الکترونی سرد به وضوحِ بالا امکان ظهور داد." "ما یکی از این ابزارها را در UVA در اختیار داریم و بنابراین توانایی درک ساختار این رشته ها در سطح اتمی را... پس این تنها یکی از رمز و رازهای بسیاری است که ما اکنون توانستیم با استفاده از این فن آوری بدان دست یابیم، مانند ویروس های که می توانند در اسید جوش زنده بمانند، حل شوند، و البته چیزهای دیگری نیز خواهد بود. "  دانشمندان یک کشف شگفت آور انجام داده اند درباره این که چگونه باکتری های عجیبی که در خاک و رسوب زندگی می کنند، می توانند برق تولید کنند. 
 
وی خاطرنشان کرد که با درک دنیای طبیعی، از جمله در کوچکترین مقیاسها، دانشمندان و تولیدکنندگان می توانند بینش های ارزشمند و ایده های مفیدی کسب کنند. او گفت: "یک مثال که به ذهن می آید، ابریشم عنکبوت است که از پروتئین هایی درست مثل این نانوسیم ها ساخته شده است اما قوی تر از فولاد است." "پس از میلیاردها سال تکامل، طبیعت مواد فوق العاده ای را بیرون داده است و ما می خواهیم از این مزیت استفاده کنیم."
 

یک روش جدید که می تواند به باتری های لیتیومی‌ای منجر شود که ایمن تر هستند، عمر بیشتری دارند و قابل انعطاف‌ترهستند اکنون توسعه یافته است و امکانات جدیدی مانند گوشی های هوشمند انعطاف پذیر را فراهم آورده است. این روش جدید استفاده می کند از الگو برداری از یخ برای کنترل ساختار الکترولیت جامد برای باتری های لیتیوم که در الکترونیک قابل حمل، وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره انرژی در سطح شبکه استفاده می شود.

     
توضیح تصویر: شکل شماتیکی کانال های سرامیکی به طور عمودی همخط و متصل شده برای افزایش هدایت یونی. در شکل چپ، ذرات سرامیکی به طور تصادفی در ماتریس پلیمری پراکنده می شوند، جایی که انتقال یون توسط ماتریس پلیمری با هدایت کم انجام می شود. در سمت راست، ساختار عمودی و هموار شده، حمل و نقل یون را تسهیل می کند که می تواند با روش الگو برداری از یخ سازی تحقق یابد.
اعتبار: یوان یانگ / مهندسی کلمبیا
 
یوان یانگ، استادیار علوم و مهندسی مواد در دانشکده مهندسی کلمبیا، روش جدیدی را ایجاد کرده است که می تواند منجر شود به باتری های لیتیومی که ایمن تر هستند، عمر بیشتری دارند و انعطاف پذیری بیشتری دارند، و می توانند امکانات جدیدی نظیر تلفن های هوشمند انعطاف پذیر را ارائه دهند. روش جدید او از الگو برداری از یخ برای کنترل ساختار الکترولیت جامد برای باتری های لیتیومی که در الکترونیک قابل حمل، وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره انرژی در سطح شبکه استفاده می شوند، استفاده می کند. این مطالعه در 24 آوریل در مجله Nano Letters منتشر شده است.  تیم یانگ ایده استفاده از الکترولیت جامد را به عنوان یک جایگزین برای الکترولیت مایع به منظور ساخت باتری های لیتیومی با حالت جامد مورد بررسی قرار داد. الکترولیت مایع در حال حاضر در باتری های لیتیوم تجاری استفاده می شود و، همانطور که همه در حال حاضر آگاه هستند، بسیار قابل اشتعال است، و باعث مشکلات ایمنی در برخی از لپ تاپ ها و سایر دستگاه های الکترونیکی می شود. از همین رو بود که تیم یانگ ایده استفاده از الکترولیت جامد را به عنوان یک جایگزین برای الکترولیت مایع به منظور ساخت باتری های لیتیومی با حالت جامد مورد بررسی قرار داد.
 
منبع: سایت ساینس دِیلی