"Природа вже розробила": вчені отримали матеріал для акумуляторів із грибів (фото)
Дослідники Empa створили біоматеріал із грибкового міцелію та його власного позаклітинного матриксу, який можна використовувати для створення компактних та екологічно безпечних акумуляторів.
Як пояснюють в Empa, під час зростання гриби утворюють так званий позаклітинний матрикс: мережу різних волокнистих макромолекул, білків та інших біологічних речовин, які виділяють живі клітини.
"Гриб використовує цей позаклітинний матрикс, щоб надати собі структуру та інші функціональні властивості. Чому б нам не зробити те саме? Природа вже розробила оптимізовану систему", — зазначив дослідник Ашутош Сінха.
Як основу для свого нового матеріалу вчені використовували міцелій широко поширеного їстівного гриба, що росте на мертвій деревині. Вони обрали штам, багатий на дві макромолекули: довголанцюговий полісахарид шизофілану і милоподібний білої гідрофобіну.
Отриманий біоматеріал може лягти в основу екологічної електроніки. Наприклад, він демонструє оборотну реакцію на вологу, тому може використовуватися для виробництва біорозкладних датчиків вологості. Крім того, команда працює над проєктом грибкового акумулятора.
"Ми хочемо створити компактну біорозкладну батарею, електроди якої складаються з живого "грибкового паперу"", — зазначив дослідник Empa Ашутош Сінха.
Матеріали з міцелію: у чому їхня перевага
Міцелій — це коренеподібні ниткоподібні грибкові структури, які активно досліджуються як потенційні джерела матеріалів. Зазвичай міцеліальні волокна, відомі як гіфи, очищають і, за необхідності, хімічно обробляють, що призводить до компромісу між продуктивністю та екологічністю.
Біоматеріали на основі міцелію слугують універсальними субстратами для екологічної електроніки, де важливі довговічність, функціональність і безпека. Серед можливих сфер застосування — NFC-мітки, акумулятори з вбудованими датчиками, переносні пристрої та корпуси схем.
Ці матеріали вирізняються високою електропровідністю, міцністю на вигин, зниженою шорсткістю поверхні (наприклад, 2,7 ± 0,7 мкм), термо/гідрофобною стійкістю та біорозкладністю.
Різні методи обробки, як-от хімічна обробка після вирощування, лазерна обробка, напилення металу, вбудовування електроніки та цифрове формування, дають змогу адаптуватися до різних потреб електронних пристроїв.
Новий грибковий матеріал: чим він кращий
Замість того щоб відокремлювати міцеліальні волокна, вчені Empa використали міцелій повністю, включно з його позаклітинним матриксом. Отриманий біоматеріал не тільки повністю біорозкладний і міцний, а й має універсальні функціональні властивості. Все це з мінімальною обробкою і без хімікатів.
"Наш міцелій — це живий волокнистий композит, якщо можна так висловитися", — підкреслив Сінха.
Дослідники можуть контролювати властивості матеріалу, змінюючи умови, в яких росте грибок. Також можна використовувати інші штами або види грибів, які виробляють інші функціональні макромолекули.
Нагадаємо, дослідники зі Швейцарської Федеральної лабораторії матеріалознавства, сертифікації та технологій (Empa) розробили грибковий акумулятор, який можна надрукувати на 3D-принтері.
Також повідомлялося, що китайські вчені розробили мініатюрну портативну батарею на основі мікроорганізмів, яка показала можливість самозарядки до 10 циклів.