科学家研发纸基生物电池廉价又便携 还可用于医疗诊断

（图源：sciencedaily）

在世界偏远地区或资源有限的地区，像插座和电池这样的日常用品都是奢侈品。

这些地区的卫生保健工作者经常缺乏电力供应诊断设备，商业电池可能无法使用或过于昂贵。

他们需要低成本、便携的新能源。

近日，研究人员研发了一种新型电池——由纸制成，以细菌为燃料——可以克服这些挑战。

研究人员将在第256届美国化学学会(ACS)全国大会上公布他们的研究成果。“作为生物传感器的材料，纸张具有独特的优势，”Seokheun (Sean) Choi博士说。

“它价格便宜，可一次性使用，柔韧性好，表面积大。然而，复杂的传感器需要电源。商用电池既浪费又昂贵，而且无法集成到纸基中。最好的解决方案是纸基生物电池。”

研究人员此前已经开发出了一种基于纸张的一次性生物传感器，用于廉价方便地诊断疾病和健康状况，以及检测环境中的污染物。

许多这样的设备依靠颜色变化来报告结果，但它们通常不是很敏感。

为了提高灵敏度，生物传感器需要电源。

Choi希望开发一种便宜的由细菌驱动的纸电池，这种电池可以很容易地整合到这些一次性设备中。

因此，Choi和他在纽约州立大学宾罕顿分校的同事们，通过在纸表面印刷薄层金属和其他材料制成了一个纸电池。

然后，他们把冻干的“外产电菌”(exoelectrogens)放在纸上。外产电菌是一种特殊的细菌，可以将电子转移到细胞外。

当细菌为自己制造能量时产生的电子会通过细胞膜。然后它们可以与外部电极接触并为电池供电。

为了激活电池，研究人员添加了水或唾液。在几分钟内，这种液体就恢复了细菌的活力，产生的电子足以为一个发光二极管和一个计算器提供动力。

研究人员还研究了氧气如何影响他们设备的性能。氧气很容易通过纸张，可以在细菌到达电极之前吸收细菌产生的电子。

研究小组发现，尽管氧气会略微减少发电量，但影响很小。

这是因为细菌细胞紧密地附着在纸纤维上，在氧气介入之前，纸纤维迅速地将电子转移到阳极。

这种纸电池可以一次性使用，然后扔掉，目前的保质期约为四个月。

Choi正在研究条件，以提高冻干细菌的存活率和性能，从而延长其保质期。

Choi说:“在大多数实际应用中，电力性能也需要提高大约1000倍。”他指出，这可以通过堆叠和连接多个纸电池来实现。

Choi已经申请了电池的专利，并正在寻找行业合作伙伴以进行商业化。

在报告中，研究人员感谢国家科学基金会、海军研究办公室和纽约州立大学研究基金会的支持和资助。