Батарейка на склоне или как получить электроэнергию при помощи улиток

Сама идея технологии, которая позволила бы интегрировать в живые организмы специальные элементы, предназначенные для генерации электронергии, уже была предложена ранее на суд научного сообщества. Занимаясь разработкой биотопливных генераторов, учёные разных стран имплантировали такого рода устройства тараканам и жукам, а ещё извлекали ток из винограда. Однако подобные биоэлектронные системы все еще остаются достаточно экзотичными, поскольку сложны для дальнейших разработок и последующего широкого внедрения. Да и получать энергию удавалось лишь дни или недели, в то время как улитки исправно выдавали ток в течение нескольких месяцев подряд.

Новая разработка реализована следующим образом - ученые из Университета Кларксона и их коллеги из США и Израиля в ходе испытаний имплантировали миниатюрные биотопливные ячейки примерно в десяток улиток. Принцип действия ячеек основан на процессе окисления глюкозы, содержащейся в гемолимфе. Контакты от анода и катода этих ячеек были выведены наружу через крохотные отверстия в раковине.

На аноде сахар превращается в глюконовую кислоту, а на катоде выделяется вода. И эта химическая лаборатория успешно действует в теле живой улитки. Такие удивительные электромонтажные работы в сочетании с возможностями современной биоинженерии позволили исследователям в течение первых 45 минут получить от каждой улитки мощность до 7,45 микроватт, но далее она быстро снижалась до 1,5 мкВт, по причине достаточно быстрого истощения запасов сахара рядом с поверхностью электрода.

Для решения этой проблемы требовалось лишь немного терпения, чего улиткам уж точно не занимать. Маленькие создания продолжали двигаться и питаться, что приводило к сравнительно быстрому восполнению требуемого уровеня глюкозы в гемолимфе, так что на невысокой мощности (в среднем — около 0,16 мкВт) такая биоячейка могла генерировать электрическую энергию очень и очень продолжительное время. Тем более что подобные импланты, как оказалось, нисколько не мешают улиткам наслаждаться жизнью - они полностью здоровы и сохранили привычный ритм жизни - то есть едят, пьют и ползают, как обычно, в чем, с удовольствием, убедились ученые.

Таким образом, в качестве живого генератора эти крохотные создания (а также черви, или насекомые), могут пригодится как беспроводные сенсоры и передатчики, сообщающие учёным о параметрах среды. В других аналогичных работах исследователи даже пробуют превратить жуков в автономных киборгов-разведчиков, причем технология внедрения устройств в этом случае значительно сложнее. Имплантация электродов выполняется ещё на стадии куколки, а полный комплект оборудования добавляют уже ко взрослой особи. Причина – внедрение электродов сразу во взрослого жука с высокой степенью вероятности приводит к его гибели в течение короткого времени, такой же эффект и с попыткой имплантации контактов в личинку. 

И только в случае куколки электроды постепенно зарастают молодой тканью и оказываются без последствий интегрированы в насекомого, причём получается прочный и механический, и электрический контакт.  И здесь уже сделано немало практических шагов, в том числе и опытов по извлечению электрической энергии тем или иным способом.

 

Дальнейшие разработки ученых в этом направлении, вполне вероятно, значительно разнообразят жизнь омаров. Интерес к этим живым существам с точки зрения биотопливных технологий объясняется гораздо более интенсивным обменом веществ, что позволит снимать с них большую электрическую мощность и сделает вполне реальным их превращение в живые электростанции. А ещё сходные опыты могут привести к созданию микроскопических медицинских имплантатов, работающих за счёт сахара в крови человека.

 

По материалам статьи в Journal of the American Chemical Society.