Биобатарея с гидрогелевыми ворсинками выработала ток на питательной среде

Инженеры Бингемтонского университета разработали бактериальную биобатарею с гидрогелевыми выступами, напоминающими кишечные ворсинки. Такая геометрия увеличивает доступную поверхность и помогает снабжать микроорганизмы питанием. Работа опубликована в Small 30 сентября 2026 года. Использование в сточных водах рассматривается как перспектива; лабораторная проверка не равна работе на реальной канализации.

Проблема двумерности и её объёмное решение

Микробные биобатареи (или биотопливные элементы) используют бактерии, которые окисляют органические вещества и выделяют электроны — основу электрического тока. Принцип известен давно, но практическую мощность ограничивала геометрия: плоские электроды содержат слишком мало бактерий, а попытки перейти к пористым трёхмерным структурам создавали новую проблему — биоплёнки забивали поры, нарушая подачу питательных веществ и отвод отходов.

Решение команды профессора Сок Хёна Чои оказалось биологически мотивированным. В кишечнике именно ворсинки решают ту же задачу: обеспечивают максимальную поверхность при сохранении свободного пространства для движения содержимого. Авторы создали анод в виде массива ворсинок из гибкого полимерного гидрогеля, применяемого в биомедицине. Споры Bacillus subtilis вводили в проводящий гидрогель. При контакте с питательной средой они могли прорастать, формируя активную бактериальную систему.

Устройство дополнял модифицированный угольно-тканевый катод, отделённый от анода ионообменной мембраной. Было построено несколько версий с разными размерами ворсинок для нахождения оптимального соотношения площади и мощности.

Напряжение сохранялось не менее 14 часов

При непрерывной подаче питательной среды устройство поддерживало около 0,75 В не менее 14 часов. Важно различать напряжение и мощность: по одному значению в вольтах нельзя определить, какой прибор будет работать от батареи. Для практического применения нужны также данные о токе, общей мощности и устойчивости при изменении состава среды.

Авторы проверяли гибкие образцы в имитации трубы с раствором, воспроизводящим питательные и электролитические свойства сточных вод. Такая демонстрация помогает оценить возможность встраивания конструкции в трубопровод. Она не подтверждает очистку настоящих городских стоков или способность батареи обеспечивать энергией весь очистной комплекс.

Следующий этап — приблизить условия работы к реальной среде. В сточных водах состав питания меняется, присутствуют другие микроорганизмы и загрязнители. Потребуется оценить, как это влияет на электрические характеристики, сохранность гидрогеля и обслуживание устройства. Экономическая окупаемость также требует отдельного расчёта.

Что дальше

Ближайшие планы команды:

• Упростить и масштабировать изготовление гидрогелевых конструкций.
• Точнее воспроизвести условия, поддерживающие жизнеспособность бактерий.
• Проверить длительную работу в более разнообразных средах.

Читайте также: Мембрана удаляет почти весь аммонийный азот из стоков за 1,2 минуты.

Группа ранее исследовала бумажные, тканевые и другие биобатареи, включая проглатываемые прототипы. Новую ворсинчатую конструкцию не следует смешивать с этими разработками. Её особенность — организация среды для микроорганизмов внутри проводящего гидрогеля. Устройство содержит полимерные и другие химические компоненты, поэтому называть его батареей «без химии» неверно.