เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพใช้เชื้อเพลิงเดียวกันกับร่างกายของเรา เช่น กลูโคส โดยทั่วไป เซลล์เชื้อเพลิงใช้ปฏิกิริยาเคมีเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า แบตเตอรี่ทำเช่นเดียวกัน แต่เชื้อเพลิงทั้งหมดถูกเก็บไว้ภายใน เมื่อแบตเตอรี่หมด แบตจะหมด เซลล์เชื้อเพลิงต้องการอินพุตคงที่ เช่น เครื่องยนต์แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำที่แนะนำสำหรับเครื่องกระตุ้นหัวใจทั่วไปเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับเอ็นไซม์ สารเคมีในร่างกายของเราที่เร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ทำงานที่ซับซ้อนและเฉพาะเจาะจงภายในเซลล์ เอนไซม์ กลูโคส ออกซิเดส เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ ใหญ่กว่าเชื้อเพลิงที่ย่อยสลายเป็นร้อยเท่า กลูโคส เป็นเกลียวยาวบิดเป็นก้อนกลมมีกระเป๋าด้านในเพื่อให้กลูโคสเข้าได้เท่านั้น ในซอกที่มีการป้องกันนี้ ปฏิกิริยาที่แยกกลูโคสออกเป็นโมเลกุลที่เซลล์สามารถใช้ได้จะเกิดขึ้นโดยไม่มีการรบกวน
สิ่งที่เอนไซม์สามารถทำได้ด้วยการกระทำเพียงครั้งเดียว
นักเคมีจะต้องมีขั้นตอนหลายสิบขั้นตอนจึงจะบรรลุผล โดยเติมส่วนผสมแต่ละอย่างในปริมาณที่เหมาะสมในเวลาที่เหมาะสม และควบคุมอุณหภูมิ ค่า pH และปัจจัยอื่นๆ อย่างระมัดระวัง เพื่อให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนแปลงที่ต้องการ—และเท่านั้น เหล่านั้น – เกิดขึ้น
โดยพื้นฐานที่สุดแล้ว เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพคือสายนำไฟฟ้าที่เคลือบด้วยเอนไซม์สองเส้นที่ฝังอยู่ในเนื้อเยื่อ หลอดเลือด หรือเส้นประสาท นักวิทยาศาสตร์ได้ทำให้เส้นลวดเหล่านี้บางเพียง 5 ไมโครเมตร ซึ่งเล็กพอที่จะใส่เข้าไปในเซลล์ประสาทในสมองได้ รูปแบบทั่วไปส่วนใหญ่ทำงานในลักษณะนี้: ลวดหนึ่งเส้น ขั้วบวก เคลือบด้วยเอนไซม์ เช่น กลูโคสออกซิเดสหรือ GOx ที่ทำปฏิกิริยากับกลูโคส ลวดอีกเส้นหนึ่งคือแคโทดเคลือบด้วยเอนไซม์ที่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน เช่น บิลิรูบินออกซิเดสหรือ BOX เมื่อ GOx ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลกลูโคส เอ็นไซม์จะดึงอิเล็กตรอนสองตัวจากกลูโคส ในขณะเดียวกัน BOX จะเพิ่มอิเล็กตรอนสี่ตัวลงในโมเลกุลออกซิเจน เมื่อเชื่อมต่อขั้วบวกและขั้วลบ อิเล็กตรอนสามารถไหลจาก GOx ไปยัง BOX ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้ เพิ่มหลอดไฟในการเชื่อมต่อและมันจะเรืองแสง – อย่างน้อยก็ในทางทฤษฎี
วัฏจักรปฏิกิริยาของเอนไซม์ของกลูโคสและออกซิเจนผลิตไฟฟ้า
ได้ประมาณครึ่งโวลต์ ไม่มาก. ในทางตรงกันข้าม แบตเตอรี่ AA บรรจุได้ประมาณ 1.5 โวลต์ เมดโทรนิค ผู้ผลิตเครื่องกระตุ้นหัวใจทั่วไปคนหนึ่ง แนะนำให้เปลี่ยนแบตเตอรี่เมื่อสามารถผลิตไฟฟ้าได้ไม่เกิน 2.6 โวลต์
ในปี พ.ศ. 2546 นักเคมีชื่อ Adam Heller ได้ฟื้นความคิดที่ริเริ่มโดยนักพัฒนาหัวใจเทียมในช่วงทศวรรษ 1960 พวกเขาเห็นศักยภาพของการใช้เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่จำเพาะและมีประสิทธิภาพสูงในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ เฮลเลอร์แห่งมหาวิทยาลัยเทกซัสออสตินทำให้แนวคิดนี้เป็นจริง ในองุ่น ซึ่งเป็นผลไม้ที่มีกลูโคสสูง เขาได้คิดค้นเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพแบบใช้เอนไซม์ที่ฝังไว้เป็นครั้งแรก
MY LITTLE CYBORGบริษัทมิชิแกนขาย RoboRoaches ซึ่งมีการควบคุมการเคลื่อนไหวจากสมาร์ทโฟน เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพอาจทำให้แมลงหุ่นยนต์ใช้งานได้หลากหลายมากขึ้นสำหรับภารกิจค้นหาและกู้ภัยหรือสายลับ
สมองหลังบ้านมารยาท
โรงไฟฟ้าขนาดเล็กของ Heller นั้นแหวกแนว แต่ก็มีข้อเสียในทางปฏิบัติ ภายใน 20 ชั่วโมง กำลังขับลดลงครึ่งหนึ่งเนื่องจากปฏิกิริยาข้างเคียงกับเอนไซม์ทำให้เกิดการสะสมบนแคโทด ส่งผลให้ค่าการนำไฟฟ้าลดลง การเผยแพร่ผลการวิจัยของเขาในฟิสิกส์เคมี เคมีภัณฑ์เฮลเลอร์ทำนายอายุขัยของเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพกลูโคสและออกซิเจนในที่สุดอาจถึงสัปดาห์ ซึ่งสั้นมากของอายุการใช้งานหลายปีที่จำเป็นในการแข่งขันกับแบตเตอรี่
จนถึงตอนนี้ เฮลเลอร์พูดถูก ไม่มีกลุ่มวิจัยใดที่ทำได้ดีไปกว่าสัปดาห์ แต่นักวิจัยยังคงผลักดันให้มากขึ้น ปรับแต่งและปรับเปลี่ยนต้นแบบของเฮลเลอร์
ความคืบหน้าเกิดขึ้นในปี 2009 เมื่อ Serge Cosnier และทีมงานของเขาที่มหาวิทยาลัย Joseph Fourier ในเมือง Grenoble ประเทศฝรั่งเศส ได้สาธิตเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพแบบเอนไซม์ตัวแรกที่ฝังอยู่ในสัตว์
เซลล์เชื้อเพลิงของ Cosnier ทำงานในท้องของหนูได้ 40 วัน แม้ว่ามันจะผลิตไฟได้เพียง 0.13 โวลต์ หรือประมาณหนึ่งในสี่ของแรงดันไฟฟ้าขององุ่นของเฮลเลอร์ การทดลองแสดงให้เห็นว่าสัตว์สามารถทนต่อการปลูกถ่ายในระยะยาวได้
เช่นเดียวกับของ Heller เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพของ Cosnier สูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว เนื่องจากเซลล์ใช้ออกซิเจนและกลูโคสที่มีอยู่ในบริเวณใกล้เคียง ทีมของเขารายงานใน PLOS ONE ในสัตว์ที่มีระบบไหลเวียนโลหิตที่ซับซ้อน ต้องใช้เวลาในการเคลื่อนที่ของเลือดเพื่อเติมเชื้อเพลิงเหล่านี้ และเนื่องจากออกซิเจนมีปริมาณน้อยกว่าน้ำตาล ออกซิเจนจึงมักจะหมดก่อน กลุ่มญี่ปุ่นนำโดยมัตสึฮิโกะ นิชิซาวะแก้ปัญหานี้ด้วยเซลล์เชื้อเพลิงที่เปิดออกสู่อากาศ หลังจากสาธิตหลักการในองุ่นแล้ว กลุ่มของเขาที่มหาวิทยาลัย Tohoku กำลังปรับแนวคิดนี้ให้เป็นแผ่นผลิตพลังงาน เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพที่ยืดหยุ่นนี้จะมีแคโทดที่ใช้ออกซิเจนเป็นเชื้อเพลิงอยู่ด้านบน สัมผัสกับอากาศ ในขณะที่เข็มเล็กๆ ด้านล่างจำนวนมากจะไปถึงน้ำตาลในผิวหนังหรือเนื้อเยื่อด้านล่าง
Credit : businessweblog.net wagnerscountryinn.com digitalsurveyinstruments.com simlinx.net tipobetkayitol1.com hoffberger2020.com referansbakirkoyikinciel.com managingworkplaceanxiety.com haszstudiosllc.com caveexcursionseast.net
