Onderzoekers zetten enzym in als batterij

Een groep onderzoekers heeft een enzym in bacteriën aangepast om energie op te slaan. Het enzym, dat een rol speelt bij het omzetten van zonne-energie, kan met de aanpassing een elektrische lading opslaan en als batterij dienen.

Het enzym dat de onderzoeksgroep van László Kálmán van de Concordia-universiteit in Canada gebruikt, speelt een belangrijke rol bij fotosynthese. Door zonlicht verandert de vorm van het enzym, dat analoog is aan chlorofyl van planten en bacteriochlorofyl wordt genoemd. Daarbij krijgt de ene kant van het molecuul een positieve en de andere kant een negatieve lading. Onder normale omstandigheden wordt dit ladingsverschil direct benut als energiebron, maar de onderzoekers denken het te kunnen inzetten als batterij.

Door een belangrijke wijziging die de Canadese onderzoekers aanbrachten aan het natuurlijke bacteriochlorofyl, moet het de elektrische lading langer vasthouden. Door de omliggende structuren waarin het enzym verankerd is te wijzigen, kan de lading niet spontaan worden vrijgegeven. Dat geeft de enzymen een functie als ladingdragers of organische batterijen, waarbij de elektrische lading enkele uren kan worden vastgehouden.

Volgens Kálmán kunnen de enzymen in de toekomst voor medische toepassingen gebruikt worden. De moleculen zouden dan met licht 'opgeladen' kunnen worden en kunnen dienstdoen als accu voor sensors die in het lichaam van een patiënt worden ingebracht. De accu's zouden veiliger zijn dan conventionele accu's, omdat ze geen gevaarlijke stoffen als zware metalen bevatten.

Reacties (31)

[Sand0rf]

Gave ontwikkeling!

In hoeverre zou dit op (de lange) termijn bruikbaar zijn voor telefoons etc? Je telefoon opladen door hem even in de zon te houden zou wel brilliant zijn.

[IIsnickerII]

Het houd hoogstwaarschijnlijk niet genoeg energie vast om een telefoon voor een aantal dagen van stroom te voorzien.

Dat geeft de enzymen een functie als ladingdragers of organische batterijen, waarbij de elektrische lading enkele uren kan worden vastgehouden.

Volgens Kálmán kunnen de enzymen in de toekomst voor medische toepassingen gebruikt worden. De moleculen zouden dan met licht 'opgeladen' kunnen worden en kunnen dienstdoen als accu voor sensors die in het lichaam van een patiënt worden ingebracht.

Het is echt bedoelt als vervanging van energiebronnen die gebruikt worden waar accufalen fatale gevolgen kunnen hebben. Ik vraag me zelf alleen af of de bacteriën niet in zekere maten net zo gevaarlijk kunnen zijn voor het menselijk lichtaam als zware metalen.

[joenatic]

In dit geval hebben ze het over een enzym en niet over een bacterie. Een enzym is alleen een molucuul welke over het algemeen maar 1 taak heeft.

Bacterien maken ook bij producten aan waardoor je eigenlijk je batterij kan vervuilen en op den duur niet meer werkzaam is.


Edit: Typo

[Reactie gewijzigd door joenatic op 25 juli 2024 18:02]

[Kiwivogel]

Ehm, nee. Enzymen hebben niet per definitie maar een functie.
Het grotere probleem is denk ik in dit geval dat eiwitten vaak niet voor langere tijd stabiel te houden zijn buiten de koelkast (en vaak zelfs dan nog niet). Je eigen cellen verversen je eiwit populatie niet voor niets continu. Ik vraag me ook af of het aantal laad cycly erg hoog zal zijn.

[looyenss]

Dat kan al met bhv zonnecellen. Ik denk niet dat je de foto synthese ooit echt volledig kan toepassen in je telefoon.

[Perkouw]

Onder normale omstandigheden wordt dit ladingsverschil direct benut als energiebron, maar de onderzoekers denken het te kunnen inzetten als batterij.

Door een belangrijke wijziging die de Canadese onderzoekers aanbrachten aan het natuurlijke bacteriochlorofyl, moet het de elektrische lading langer vasthouden.

Als ik het zo lees denken ze dus dat het mogelijk is en zou de elektrische lading langer vast moeten worden gehouden na de wijziging van de Canadese onderzoekers? En dus is er nog geen sprake van batterij als ook is het nog niet zeker dat de aanpassing van de Canadese onderzoekers de elektrische lading vast kan worden gehouden.

Niet om te muggenziften maar ik vind het nu niet zo duidelijk wat er nu wel/niet gelukt is en hoever ze dus zijn. Desalniettemin klinkt het zeer interessant, vind het wel opvallend dat er redelijk wat berichten te vinden zijn over de ontwikkeling van batterijen/accu's alleen heb ik hier tot op heden helaas nog geen resultaat van gezien.

[Croga]

Dit soort ideeën duurt jaren voordat het daadwerkelijk in consumentenland te vinden is. Dit bericht gaat over een idee wat een stel basiswetenschappers hebben. Het uitwerken van dat idee zal nog een paar jaar duren. Het vervolgens opschalen naar iets bruikbaars duurt nog een aantal jaren. Dat geschikt maken voor massaproductie is weer een paar jaar erbij.

Dat je "tot op heden geen resultaat" ziet betekend alleen maar dat je niet lang genoeg mee gaat om datgene wat nú in consumentenland zit, in de ontwikkelfase te hebben gezien. De overgang van Lood accus naar Nikkel-Cadmium naar Nikkel-Metaalhydride naar Lithium-Ion naar Natrium-Zwavel is ook niet van de één op de andere dag gegaan. Als die ontwikkeling er niet geweest was, had de Prius nooit bestaan.

[Bartjezz]

Wat al bestond: bacterieën een spanning laten opwekken.
Een nadeel is: je batterij zal altijd verslijten/ontladen, of je nou energie gebruikt of niet.
Het boeit een bacterie niet of hij nu wel of niet moet werken, hij wekt altijd energie op.

Wat nu is gelukt: de bacterieën een soort standby-stand aanleren zodat ze niet werken als er geen stroom wordt gevraagd. Wat een gigantisch voordeel aan deze bacterieën is: opladen doormiddel van licht.
Een gemiddeld mens brengt zeker 10 uur per dag in een verlichte ruimte door. Als men op het omslagpunt komt dat de accu meer dan 2x zo snel oplaadt dan dat hij zich ontlaad, heb je geen oplader meer nodig. Feit is dan wel dat de accu wel die energie op moet kunnen slaan...

Wat hier wordt beschreven aan toepassingen is ideaal voor dit bacterieën. Een patient zit 10 uur in licht, de accu wordt ongeveer 40/45% van de tijd opgeladen. Het apparaatje in je lichaam moet 24/7 werken en neemt dus 24/7 energie op. Een accu werkt het beste als je constant een energievraag hebt, lijkt me bij deze accutechnologie ook. Dus je accu wordt in optimale conditie gehouden door het regelmatige opladen en het constante ontladen.

Edit: kleine toevoeging

[Reactie gewijzigd door Bartjezz op 25 juli 2024 18:02]

[maxtz0r]

De moleculen zouden dan met licht 'opgeladen' kunnen worden en kunnen dienstdoen als accu voor sensors die in het lichaam van een patiënt worden ingebracht.

Misschien stomme vraag maar hoe laad je een batterij met licht op als het in het lichaam zit?

Of kan ik hieruit opmaken dat de batterij op voorhand wordt opgeladen en zodra het in het lichaam zit niet meer?

[PhoeniX1992]

Dat is een mogelijkheid, of je plaats het apparaat/batterij vlak onder de huid, daar zal wellicht genoeg licht doorkomen om de batterij op te kunnen laden met licht. Ik heb geen bronnen in hoeverre je huid licht doorlaat, maar als je wel eens een zaklamp voor je duim hebt gehouden zul je begrijpen wat ik bedoel .

Nadeel is dan echter wel dat je altijd iets met korte mouwen moet dragen of topless door het leven moet gaan en dagelijks een uurtje in de zon liggen om te voorkomen dat je peacemaker er mee ophoudt . Een enorm pluspunt is natuurlijk wel dat je inderdaad geen chemische batterij meer in je lichaam hebt die bij een defect schadelijke stoffen in je lichaam vrij kan laten. Goed initiatief, ik ben benieuw wat er uit komt!

[Jesserr]

Dat is natuurlijk pas een pluspunt als bewezen is dat die bacterieen niet in je bloedstroom terecht kunnen komen en door je gehele lichaam schade aan kunnen richten. Dat het niet chemisch wil niet zeggen dat het niet schadelijk is lijkt mij.

[henk-jan]

Er worden geen bacterieen gebruikt maar enzymen.
Dat het niet chemisch wil niet zeggen dat het niet schadelijk is klopt wel.

[PhoeniX1992]

Inderdaad, ben ook wel benieuwd wat voor een type bacterie dit is en of deze schade aan kan richten in een menselijk lichaam. Maar goed, de bacteriën die momenteel door je bloedstroom heen gaan zijn ook niet op één hand te tellen, en sommigen daarvan zijn zelfs noodzakelijk. Een bacterie is niet per definitie een slecht en schadelijk beestje .

[boombes]

Bepaald UV straling gaat recht door je heen, en kan zelfs door de kern van de aarde heen stralen. (licht = een zichtbare vorm van straling btw)

en aangezien normale fotosynthese niet in dat spectrum gebeurd lijkt het me onwaarschijnlijk dat ze met UV straling gaan werken .
Hoe meer ik er over lees hoe meer ik me afvraag hoe je het op wilt gaan laden in het lichaam met licht.
Waarschijnlijk door de lichtintensiteit te vergroten waardoor je de indring diepte vergroot en hierdoor net onder de huid kan komen met licht waardoor de chip / pacemaker oplaad.

http://blog.ecocityhydrop...esis-in-indoor-gardening/

[joenatic]

UV straling houd redelijk snel op. Een paar mm hooguit. Andere soorten straling als gamma-straling kunnen daarentegen wel Een heel stuk verder komen en ook door je heen gaan.

[vistu]

Welke UV-straling mag dat zijn dan? Dat er golf(-deeltjes) zijn die door de aardkern heen kunnen is zeker waar, maar UV straling houd je toch echt vrij eenvoudig tegen.

[boombes]

Elk deeltje is een golf en die golf heeft een lengte. Al eens gehoord van harde neutronen straling? straling die wordt veroorzaakt door neutronen die uit elkaar worden geschoten?

Ooit al eens gehoord van de experimenten van deeltjes die "sneller dan het licht gingen door een meetfout"? Die gingen niet door een leiding maar dwars door de aarde heen!

http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_diffraction als leesvoer
http://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino

[Titusvh]

Ik denk niet dat je een deeltje als een neutrino zomaar mag vergelijken met een krachtdragend deeltje als een foton (waaruit UV-straling bestaat).

Maar goed, UV =ultra-violet en kan je ook opvatten als "all het licht met een kortere golflengte dan violet" ofwel "alle fotonen met meer energie dan die van violet".
Zo gedefinieerd is röntgenstraling ook UV. En dan is er misschien wel een (hypothetisch?) foton dat zo'n enorm doordringingsvermogen heeft dat die door de aarde heen gaat. Maar nog nooit van gehoord.

[boombes]

Dat is idd mijn opvatting. En ja Rontgen straling is dan ook uv ja.

Maar hoewel theoretisch correct misschien niet logisch in de ogen van veel mensen en misschien daarom ook meer verwarring gezaaid dan nodig.

Trouwens moet er nog steeds een antwoord komen op de vraag: Mogen we een foton nu zien als een deeltje met massa (waar uiteindelijk dit probleem op uitdraait )

[Reactie gewijzigd door boombes op 25 juli 2024 18:02]

[Freakiebeakie]

klein zonnecollectortje op je voorhoofd

[Kama]

Volgens mij heb ik dit item al op 1 april op nu.nl zien staan. Ik dacht nog dat het mogelijk een 1 april grap was.
Edit: Was toch net wat anders: http://www.nu.nl/wetensch...-maken-brandstof-co2.html

[Reactie gewijzigd door Kama op 25 juli 2024 18:02]

[Beere]

KGA wordt GFT, op zich een mooie vooruitgang. Er is nergens vermeld hoe groot deze dingen zullen zijn in vergelijking met een normale batterij, al vermoed ik dat het een stuk groter zal zijn (Enzymen zijn vaak complexe en grote structuren en gevoeliger dan metaal voor externe stimuli).

Ik zie vooral een toekomstig nut voor projecten naar plekken waar men later nooit meer terug denkt te gaan. Dan laten ze daar tenminste geen giftig afval achter (die plekken kunnen zich uiteraard ook binnen een lichaam bevinden, zoals in het artikel staat )

[emilionl]

wat ik vooral belangrijk vind, maar wat ik niet teruglees in het artikel.
Hoe groot is de capaciteit ten op zichte van een normale accu?
Het lijkt mij dat dat organische materialen minder ruimte opslokken om dezelfde hoeveelheid ampere uur op te kunnen slaan dan de hoeveelheid ruimte in conventionele accu's.

[laminaatplaat]

Dierenmishandeling! Een beetje een bacterie ombouwen tot wilde batterij. Zal je zien dat er een paar ontsnappen en in de natuur terecht komen... Lopen er over duizende jaren straks wilde dieren rond met stroom aanvallen net zoals in games als Zelda (ik ben bekend met de sidderaal maar op het land bestaat het zover ik weet niet)

[Reactie gewijzigd door laminaatplaat op 25 juli 2024 18:02]

[NinjaTuna]

Voordat je jezelf in staat acht tot een zinvolle reactie moet je jezelf misschien eerst eens verdiepen in het onderwerp of op een biolab gaan kijken. De omstandigheden waaronder dit soort labwerk wordt uitgevoerd zijn zo dat de kans op uitbraak minimaal (->0) is. Het idee van sidderalen over duizend jaar is al helemaal vergezocht, daar evolutie en al zeker de symbiose tussen bacteriën en bestaande meercelligen een veel groter tijdsspan innemen dan slechts een paar duizend jaar.

Het is jammer dat het originele artikel niet meer informatie verschaft over onder andere het type bacterie waarin het enzym geplaatst is, maar over het algemeen worden E. coli en gistcellen gebruikt. Deze zeker op korte termijn geheel ongevaarlijk voor mensen (normaal gesproken dan, je moet ze niet in je bloedbaan hebben). ALS ze al in het ecosysteem geïntroduceerd zouden worden, nogmaals: die kans is nihil.

Ik vind dit wel een interessante ontwikkeling, het opgewekte vermogen en de tijdsduur waarin de lading vastgehouden blijft is wat klein, maar als men doorontwikkelt en een daadwerkelijke batterij (bijv bacteriecluster) ontwikkelt, is dit natuurlijk ook iets dat gebruikt kan worden in consumentenelektronica.

[jagermaster]

Qua verloop van evolutie heb je verschillende stromingen hoe iets gaat, daarbij zou ik nooit willen praten mbt evolutie in jaren maar in generaties omdat dat meer inzicht geeft. Veel belangrijker is het stukje 'meercelligen' te defnieren. Wanneer wij als meercelligen het type zoogdier in gedachten nemen, kunnen we gerust gaan stellen dat de kans op een symbiose/celversmelting tussen een bacterie uitgevoerd met deze eigenschap en het dier nihil is. Gaan we echter kijken naar lagere diersoorten wordt de kans grotere naarmate het dier eenvoudiger in elkaar zit. Daarbij is er al een vis ontdekt welke in zijn eerste levensweken/maanden algen opeet waar hij het chlorofyl uit haalt om deze zelf te gebruiken voor zijn energieproductie met behulp van zonlicht.

Wat ik jammer vind aan dit artikel is dat er niet bijverteld wordt om welk enzym het gaat in het proces omdat dit meerverteld op welk niveau ze bezig zijn. Of dit ook haalbaar is om in te zetten op het niveau van conventionele accu's betwijvel ik. Een enzym heeft een bepaalde grote en kan daarmee, afhankelijk van de bouw, een bepaalde hoeveelheid energie opslaan. Wanneer je deze hoeveelheid energie bekijkt, is dit qua gewicht-energie hoeveelheid redelijk gering. Zelf zou ik liever zien dat de energie in een reactieproduct zou worden opgeslagen dan in het enzym zelf. Wanneer je dit zou doen, kan je beter je aandacht richten op het vergroten van het lichtspectra. Waardoor je het chlorofyl ook aangeslagen kan worden in het groene spectra, of een breder rood/blauw spectra.

[Verwijderd]

Een biologische pacemaker!
Op naar de nanites

[Verwijderd]

Daar zat ik ook aan te denken, maar helaas is het nog lang niet zo ver. Wat in dit artikel niet naar voren komt is de reactie van het menselijk lichaam op een lichaamsvreemd eiwit. Het immuunsysteem kan het eiwit herkennen en vervolgens mechanismen op gang brengen die het eiwit opruimen. Er is zekers al over nagedacht, zo hoort een dergelijke sensor biocompatibel te zijn wat met bioscaffolds voor elkaar kan worden gekregen. Om de sensor goed op te ruimen, mits de sensor tijdelijk is, moeten zowel scaffold als eiwitinhoud gecontroleerd gereleased worden, wat de grootste uitdaging vormt - aangenomen dat het om een niet-invasieve opruimactie gaat.

[RwD]

Als ik het goed begrijp is het dus veiliger om een gemodificeerde bacterie in te brengen dan metaal. Ik hoop dat een foutje in de fabricage dan maar geen mensetende batterij produceerd. (onderbuikgevoelens door te veel science fiction kijken)