Bioogniwo po polsku

Polscy naukowcy są na dobrej drodze do skonstruowania bioogniwa, które będzie mogło zasilać np. czujnik poziomu glukozy we krwi, połączony z dozownikiem insuliny, miernik poziomu tlenu czy temperatury danego narządu albo rozrusznik serca. Prace prowadzi Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego wspólnie z Wydziałem Chemicznym Politechniki Gdańskiej i UMCS w Lublinie.

Doktorat pt. "Nanorurki węglowe modyfikowane ugrupowaniami elektrochemicznie aktywnymi. Synteza, charakterystyka i zastosowanie" jest jednym z dwóch, nagrodzonych w bieżącym roku przez Energę SA. Nagrodę przekazano podczas uroczystej promocji akademickiej na PG. Praca powstała w Katedrze Technologii Chemicznej Wydziału Chemicznego, pod kierunkiem prof. dr inż. Jana Biernata. Jej autorką jest dr inż. Kamila Sadowska.

"Składniki bioogniwa nie są rozpuszczalne w płynach ustrojowych, a więc taka konstrukcja zapewnia bezpieczne wszczepianie - poinformował PAP prof. dr inż. Jan Biernat. - Opracowanie przedstawione w pracy doktorskiej Kamili Sadowskiej nie jest jeszcze wszczepialnym ogniwem, lecz stanowi podstawę do takiej konstrukcji. Uzyskiwana energia z modelowego bioogniwa jest wielokrotnie wyższa od mocy uzyskiwanej w dotychczasowych rozwiązaniach".

Profesor Biernat tłumaczy, że "sprawność przekształcania energii surowców energetycznych (np. węgiel, ropa, gaz ziemny) w energię elektryczną poprzez ich spalanie, generowanie pary poruszającej turbiny (lub innymi metodami) jest niewystarczająca". "O wiele wydajniejsze jest zastosowanie ogniw i bioogniw paliwowych. W tym przypadku przekształcenie może być niemal równe teoretycznemu" - dodaje.

Prąd, który powstaje w takim ogniwie zależy od powierzchni elektrod. Niestety bioogniwo, które ma zasilać wszczepiany do organizmu implant musi być jak najmniejsze. Co zrobić, by zwiększyć powierzchnię elektrod? Rozwinąć je przez pokrycie mono- lub poliwarstwami przewodzących nanocząstek, np. nanorurkami węglowymi. Potem można już tylko zwiększać sprawność bioogniwa metodami chemicznymi, tak jak to zrobiono w zespole prof. Renaty Bilewicz (UW) i prof. Biernata.

"Bioelektrody o bardzo dobrych parametrach, z powierzchnią pracy rozwiniętą przez nałożenie nanorurek węglowych, modyfikowanych mediatorami zostały wspólnie opracowane w Uniwersytecie Warszawskim, Politechnice Gdańskiej oraz w Uniwersytecie M. Curie-Skłodowskiej w Lublinie" - informuje prof. Biernat.

Naukowcy zainteresowali się nanorurkami węglowymi ze względu na ich unikalne właściwości chemiczne, a zwłaszcza bardzo dobre przewodnictwo elektryczne. Przez chemiczne przyłączenie mediatora do nanorurek uzyskuje się materiał efektywnie przenoszący ładunki elektryczne pomiędzy enzymem i elektrodami, co gwarantuje wysoką sprawność bioogniwa.

"W Polsce podobne problemy rozwiązują również inne pracownie - informuje prof. Biernat. - Z zespołu trzech wyżej wymienionych pracowni najdłużej zaangażowany jest zespół prof. Renaty Bilewicz z UW. Nasz zespół włączył się do tej tematyki przed trzema laty. W pracy korzystamy z doświadczeń i dorobku prof. Jerzego Rogalskiego z UMCS (Lublin) w zakresie udostępniania bardzo aktywnego enzymu do konstrukcji bioogniwa. Wreszcie w pracach bierze udział prof. Kenneth P. Roberts z University of Tulsa (USA)".

Jak podkreśla profesor Biernat, prace były i są finansowane z uzyskanych grantów z KBN i MNiSW. "Temat jest na topie. Uniwersytety w wielu krajach zajmują się problemem bioogniw paliwowych wykorzystujących jako źródło energii procesy utleniania/redukcji substancji naturalnie występujących w żywym organizmie. Obecnie nasze rozwiązanie jest najlepsze pod względem uzyskiwanej mocy bioogniwa (ze stacjonarnymi elektrodami)" - zaznacza naukowiec.

Trójwymiarowy model struktury nanorurek jednowarstwowych


PAP - Nauka w Polsce Małgorzata Nowak