Dans les films Mission : Impossible, le super-espion Ethan Hunt – joué par Tom Cruise – reçoit des ordres de ses supérieurs sur divers appareils qui s’autodétruisent en cinq secondes.
L’électronique pourrait-elle se désintégrer dans la réalité ? Seokheun « Sean » Choi, professeur à l’université de Binghamton, a effectué des recherches sur les appareils jetables. Choi a mené des recherches sur le « papier électronique » jetable au cours des 20 dernières années, mais la partie la plus difficile de la fabrication de ce que l’on appelle l’électronique transitoire est la batterie.
« L’électronique transitoire peut être utilisée pour des applications biomédicales et environnementales, mais elle doit se désintégrer de manière sûre pour l’environnement », déclare Seokheum Choi, membre du corps enseignant du département d’ingénierie électrique et informatique du Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science (Collège Thomas J. Watson d’ingénierie et de sciences appliquées).
« Vous ne voulez pas avoir de résidus toxiques dans votre corps. Ce type de dispositif est appelé électronique biorésorbable. Pour l’électronique transitoire ou biorésorbable, le principal défi est la source d’énergie, mais la plupart des sources d’énergie, comme les batteries lithium-ion, contiennent des matériaux toxiques. »
Seokheun Choi et son équipe de recherche étudiante ont tiré les leçons de leurs précédentes recherches sur les biobatteries et ont appliqué ces connaissances à une nouvelle idée : dans un article récemment publié dans la revue Small, ils montrent le potentiel de l’utilisation des probiotiques – des micro-organismes vivants qui offrent des avantages pour la santé lorsqu’ils sont ingérés, mais qui sont par ailleurs inoffensifs pour l’environnement ou l’homme.
Maedeh Mohammadifar, PhD ’20, diplômée du laboratoire de bioélectronique et de microsystèmes de Choi, a mis au point la pile à combustible microbienne dissolvable originale lorsqu’elle était étudiante à Binghamton.
« Nous avons utilisé des bactéries productrices d’électricité bien connues, ce qui correspond au niveau 1 de biosécurité, donc sans danger, mais nous n’étions pas sûrs de ce qui se passerait si ces bactéries étaient libérées dans la nature », explique Seokheun Choi. Mais à chaque fois que je faisais des présentations lors de conférences, les gens me demandaient : « Alors, vous utilisez des bactéries ? Pouvons-nous les utiliser en toute sécurité ? »
Maryam Rezaie, actuellement doctorante, a mené les dernières recherches en utilisant un mélange de 15 probiotiques.
« Il est bien établi que les probiotiques sont sûrs et biocompatibles, mais nous ne savions pas si ces probiotiques avaient la capacité de produire de l’électricité », ajoute Seokheun Choi. « La question se posait et elle a donc réalisé de nombreuses expériences à ce sujet. »
Les premiers résultats se sont avérés peu prometteurs, a-t-il ajouté, mais « nous n’avons pas abandonné. Nous avons conçu une surface d’électrode qui pourrait être plus favorable aux bactéries, en utilisant un polymère et des nanoparticules pour améliorer hypothétiquement le comportement électrocatalytique des probiotiques et leur donner un coup de pouce. »
L’électrode modifiée était poreuse et rugueuse, ce qui offrait d’excellentes conditions pour la fixation et la croissance des bactéries, améliorant ainsi la capacité électrogène des micro-organismes. L’enduction du papier dissoluble avec un polymère peu sensible au pH – ce qui signifie qu’il ne fonctionnera que dans un environnement acide comme une zone polluée ou le système digestif humain – a augmenté la tension de sortie et la durée de fonctionnement de la batterie.
Bien qu’ils n’aient produit qu’une faible quantité d’énergie, Seokheun Choi considère ces expériences comme une preuve de concept sur laquelle lui et les futurs étudiants pourront s’appuyer.
« D’autres recherches doivent être menées », a-t-il conclu. « Nous avons utilisé des mélanges de probiotiques, mais je souhaite étudier individuellement ceux qui possèdent les gènes électriques supplémentaires et comment les interactions synergiques peuvent améliorer la production d’énergie. Par ailleurs, dans le cadre de cette recherche, nous avons développé une seule unité de biobatterie. Je souhaite les mettre en contact en série ou en parallèle pour améliorer la puissance. »
article : « Dissolvable Probiotic-Powered Biobatteries: A Safe andBiocompatible Energy Solution for Transient Applications » – DOI : 10.1002/smll.202502633
Source : U. de Binghamton
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