Dans les régions reculées du monde ou dans les régions aux ressources limitées, les articles de tous les jours comme les prises électriques et les batteries sont des luxes. Les travailleurs de la santé dans ces régions manquent souvent d'électricité pour alimenter les appareils de diagnostic, et les batteries commerciales peuvent être indisponibles ou trop chères. De nouvelles sources d'énergie peu coûteuses et portables sont nécessaires. Aujourd'hui, les chercheurs signalent un nouveau type de batterie - en papier et alimenté par des bactéries - qui pourrait surmonter ces défis.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la 256e réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society (ACS).

« Le papier présente des avantages uniques en tant que matériau pour les biocapteurs, " dit Seokheun (Sean) Choi, Doctorat., qui présente le travail à la réunion. "C'est pas cher, jetable, flexible et a une grande surface. Cependant, des capteurs sophistiqués nécessitent une alimentation électrique. Les batteries commerciales sont trop inutiles et chères, et ils ne peuvent pas être intégrés dans des substrats en papier. La meilleure solution est une bio-batterie à base de papier."

Les chercheurs ont déjà développé des biocapteurs jetables à base de papier pour un diagnostic bon marché et pratique des maladies et des problèmes de santé, ainsi que pour détecter les contaminants dans l'environnement. De nombreux appareils de ce type s'appuient sur les changements de couleur pour signaler un résultat, mais ils ne sont souvent pas très sensibles. Pour augmenter la sensibilité, les biocapteurs ont besoin d'une alimentation électrique. Choi voulait développer une batterie en papier peu coûteuse alimentée par des bactéries qui pourrait être facilement incorporée dans ces appareils à usage unique.

Ainsi Choi et ses collègues de l'Université d'État de New York, Binghamton a fabriqué une batterie en papier en imprimant de fines couches de métaux et d'autres matériaux sur une surface de papier. Puis, ils ont placé des « exoélectrogènes » lyophilisés sur le papier. Les exoélectrogènes sont un type spécial de bactéries qui peuvent transférer des électrons à l'extérieur de leurs cellules. Les électrons, qui sont générés lorsque les bactéries fabriquent de l'énergie pour elles-mêmes, traverser la membrane cellulaire. Ils peuvent alors entrer en contact avec des électrodes externes et alimenter la batterie. Pour activer la batterie, les chercheurs ont ajouté de l'eau ou de la salive. En quelques minutes, le liquide a ravivé les bactéries, qui produisait suffisamment d'électrons pour alimenter une diode électroluminescente et une calculatrice.

Les chercheurs ont également étudié comment l'oxygène affecte les performances de leur appareil. Oxygène, qui passe facilement à travers le papier, pourrait absorber les électrons produits par les bactéries avant qu'ils n'atteignent l'électrode. L'équipe a découvert que même si l'oxygène diminuait légèrement la production d'électricité, l'effet était minime. C'est parce que les cellules bactériennes étaient étroitement attachées aux fibres de papier, qui a rapidement emporté les électrons vers l'anode avant que l'oxygène ne puisse intervenir.

La batterie papier, qui peut être utilisé une fois puis jeté, a actuellement une durée de conservation d'environ quatre mois. Choi travaille sur des conditions pour améliorer la survie et les performances des bactéries lyophilisées, permettant une durée de conservation plus longue. "Les performances énergétiques doivent également être améliorées d'environ 1, 000 fois pour la plupart des applications pratiques, " dit Choi. Cela pourrait être réalisé en empilant et en connectant plusieurs piles en papier, note-t-il. Choi a déposé une demande de brevet pour la batterie et recherche des partenaires industriels pour la commercialisation.