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Le biobatterie alimentate da batteri potrebbero diventare più efficienti grazie a un’idea presa in prestito direttamente dal corpo umano, e più precisamente dai villi intestinali. Un gruppo di ricercatori della Binghamton University ha guardato proprio a queste minuscole strutture, che il nostro organismo sfrutta ogni giorno senza che ce ne accorgiamo, per ripensare il modo in cui i microrganismi producono energia all’interno di questi dispositivi.
Non è affatto un caso che il nostro intestino tenue sia rivestito da una quantità enorme di piccole protuberanze a forma di dito. La loro presenza è legata all’assorbimento dei nutrienti, ed è esattamente questo meccanismo ad aver attirato l’attenzione degli studiosi americani, convinti che la stessa logica possa funzionare anche in un ambito molto diverso come quello delle batterie biologiche.
Perché i villi intestinali sono un modello così interessante
Il principio, a guardarlo bene, è piuttosto semplice. Ogni singolo villo occupa pochissimo volume ma offre parecchia superficie. E più la superficie aumenta, più si allarga l’area di scambio disponibile per assorbire ciò che serve all’organismo. Una sorta di trucco geometrico che la natura ha messo a punto nel tempo e che, portato in laboratorio, potrebbe rivelarsi sorprendentemente utile.
Trasferita nel mondo delle biobatterie, questa forma così particolare potrebbe infatti regalare ai batteri molto più spazio su cui crescere e generare energia. Più area a disposizione significa più microrganismi al lavoro nello stesso ingombro, almeno sulla carta. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Small ed è stato guidato dal professor Seokheun “Sean” Choi insieme ai dottorandi Ruohan “Astrid” Zhang e Botian Wang, tutti del Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science.
Il nodo della geometria degli elettrodi
Choi non è certo un nome nuovo in questo campo. Da tempo il ricercatore si dedica allo sviluppo di batterie biologiche basate su microrganismi e nel corso degli anni ha già sperimentato soluzioni realizzate con materiali molto diversi tra loro, come carta, tessuti, metalli e polimeri. Il suo lavoro si è spinto anche oltre, con dispositivi ingeribili e sistemi pensati per essere integrati all’interno di circuiti stampati in 3D.
Proprio durante queste sperimentazioni è emerso uno degli ostacoli più difficili da superare, ovvero la forma degli elettrodi, le superfici su cui i batteri si insediano e svolgono il loro compito. Le configurazioni bidimensionali, quelle piatte per intenderci, mettono a disposizione dei microrganismi davvero poca superficie. Le alternative porose sembrano a prima vista la strada giusta perché offrono molto più spazio, ma portano con sé un difetto non da poco: tendono a intasarsi con estrema facilità a causa della formazione di biofilm.
Quando questo accade, gli effetti negativi si fanno sentire su più fronti contemporaneamente. Il passaggio dei nutrienti diventa più complicato, i prodotti di scarto iniziano ad accumularsi e la crescita dei batteri smette di essere uniforme, con alcune zone dell’elettrodo molto popolate e altre quasi vuote. Un equilibrio delicato, insomma, che finisce per penalizzare l’intero funzionamento del dispositivo.
È qui che entra in gioco l’intuizione del gruppo della Binghamton University. La struttura dei villi intestinali, con il suo rapporto così favorevole tra volume ridotto e ampia superficie di scambio, rappresenta il modello scelto dai ricercatori per offrire ai batteri delle biobatterie molto più spazio su cui crescere e produrre energia rispetto alle configurazioni piatte utilizzate finora.
Fonte: TecnoAndroid