26 november 2018

Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik, Campus Norrköping, har hittat en metod som ökar signalstyrkan från en mikrobiell elektrokemisk cell upp till tjugo gånger. Hemligheten är en film med en inbäddad bakterie: Shewanella oneidensis.

Gábor Méhes
Gábor Méhes Fotograf: Thor Balkhed
Att tillsätta bakterier till elektrokemiska system är ofta ett miljövänligt sätt att omvandla kemisk energi till elektricitet. Applikationer finns inom vattenrening, bioelektronik, biosensorer och för att skörda och lagra energi i bränsleceller.
En utmaning vid miniatyrisering av processerna är att hög signalstyrka hittills har krävt stora elektroder och stor vätskevolym.

Nu har forskargruppen vid Linköpings universitet, tillsammans med kollegor vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Berkeley, Kalifornien, tagit fram en metod där de bäddar in den elektroaktiva bakterien Shewanella oneidensis i PEDOT:PSS, ett elektriskt ledande polymermaterial, på ett substrat av kolfilt.

Flerlagers kompositfilm med bakterier

Forskarna kallar resultatet en flerlagers ledande bakterie-kompositfilm, multilayer conductive bacterial-composite film, MCBF. En mikroskopisk analys av filmen visar en sammanflätad struktur av bakterier och ledande polymerer som kan vara upp till 80 µm tjock, betydligt tjockare än vad som är möjligt med andra tekniker.

– Våra experiment visar att över 90 procent av bakterierna är livskraftiga och att bakterie-kompositfilmen, MCBF, ökar flödet av elektroner till den externa kretsen. När filmen används som anod i en biokemisk bränslecell blir strömstyrkan 20 gånger så hög som med anoder i andra material, och den förblir hög i alla fall i flera dagar, säger Gábor Méhes, forskare vid Linköpings universitet och en av författarna till den vetenskapliga artikel som nyligen publicerats i Scientific Reports.

Tidigare forskning har bland annat testat kolnanorör för att öka ytan vid anoden, men utan att få samma goda resultat.

Möjligheten att kunna koppla biologiska processer till avläsningsbara elektriska signaler är även värdefullt för exempelvis miljösensorer eftersom det krävs snabb svarstid, låg energikonsumtion och möjlighet att lägga in en stor mängd olika receptorer.
Daniel Simon, forskningsledare inom organisk bioelektronik, LOEDaniel Simon Foto Thor BalkhedNyligen har forskare bland annat demonstrerat hur Shewanella Oneidensis producerar elektrisk ström som svar på arsenik, arabinos (socker) eller organiska syror.

Levande elektrod

– Vi presenterar här en typ av "levande elektrod" där elektrodmaterialet och bakterierna sammanfogas till en enda elektronisk biofilm. Allt eftersom våra kunskaper ökar
om den viktiga roll som bakterier spelar för vår egen hälsa och välbefinnande kommer det sannolikt att utvecklas nya typer av levande elektroder. Det ger oss mångsidiga och anpassningsbara verktyg för att utveckla nya former av bioelektronisk teknik och terapier, säger Daniel Simon, forskningsledare inom organisk bioelektronik vid Laboratoriet för organisk elektronik.

Artikeln: PEDOT:PSS-based Multilayer Bacterial-Composite Films for Bioelectronics, Tom J. Zajdel, Moshe Baruch, Gábor Méhes, Eleni Stavrinidou, Magnus Berggren, Michel M. Maharbiz, Daniel T. Simon & Caroline M. Ajo-Franklin. Scientific Reports 8, 2018. DOI 10.1038/s41598-018-33521-9

Kontakt

LOE

Senaste nytt från LiU

Florian Trybel

Samarbetet tänjer på fysikens gränser

Teoretikern Florian Trybel har en central roll i skapandet av nya material. Tillsammans med sin kollega inom experimentell forskning i Skottland siktar han på att utöka möjligheterna för material i extrema förhållanden.

Ung kvinna öppnar en dörr

Från teori till terapi

På Psykologmottagningen vid LiU får studenter på psykologprogrammet chans att göra skillnad på riktigt. Utöver en unik möjlighet att omsätta teori i praktik hjälper de patienter med allt från stresshantering, sömnbesvär, nedstämdhet, oro och fobier.

Kaiqian Wang.

Upptäckt om smärtsignalering kan bidra till bättre behandling

LiU-forskare har ringat in den exakta platsen på ett specifikt protein som finjusterar smärtsignalers styrka. Kunskapen kan användas för att utveckla läkemedel mot kronisk smärta som är mer effektiva och har färre biverkningar.