Электроника чайного гриба: электронные схемы на ковриках из чайного гриба

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9367 (2023) Цитировать эту статью

8 Альтметрика

Подробности о метриках

Чайный гриб — это чай и сахар, ферментированный более чем шестьюдесятью видами дрожжей и бактерий. Это симбиотическое сообщество производит коврики из чайного гриба, которые представляют собой гидрогели на основе целлюлозы. Коврики из чайного гриба можно использовать в качестве альтернативы коже животных в промышленности и моде после того, как они будут высушены и обработаны. До этого исследования мы продемонстрировали, что живые коврики из чайного гриба демонстрируют динамическую электрическую активность и отчетливые стимулирующие реакции. Для использования в органическом текстиле отвержденные коврики из чайного гриба инертны. Чтобы носимые устройства с чайным грибом работали, необходимо включить в них электрические схемы. Мы демонстрируем, что создание электрических проводников на ковриках из чайного гриба возможно. После многократного изгиба и растяжения схемы сохраняют свою функциональность. Кроме того, возможности и электронные свойства предлагаемого чайного гриба, такие как то, что он легче, дешевле и более гибок, чем обычные электронные системы, открывают путь для его использования в самых разных приложениях.

Чайный гриб ферментируется симбиотическим сообществом бактерий и дрожжей1,2,3,4,5. Симбиотическая культура бактерий и дрожжей производит гидрогель на основе целлюлозы, также известный как бактериальная целлюлоза, биопленка, комменсальная биомасса, чайный гриб, скоти и зооглея. Чай, ферментированный симбиотическим сообществом, предположительно обладает рядом полезных для здоровья свойств2,6,7, однако они не будут обсуждаться в настоящей работе.

Коврики чайного гриба представляют собой уникальную симбиотическую систему, в которой взаимодействуют более шестидесяти видов дрожжей и бактерий1. Чайный гриб является примером прото-многоклеточности — организма, состоящего из нескольких видов, каждый из которых преследует общую цель — продлить жизнь коллективного организма. Электрические свойства матов чайного гриба, впервые обнаруженные в работе8, могут способствовать дальнейшему развитию идей интеграции на основе электричества и, возможно, протопознания симбиотических организмов9,10,11,12. Было показано, что подобные маты из бактериальной целлюлозы, например, производимые колониями Acetobacter aceti, обладают интересными электрическими свойствами и способностью определять давление13.

Коврики из чайного гриба при правильном высыхании проявляют свойства, аналогичные тканям14,15,16,17,18,19, и могут стать конкурентоспособной альтернативой грибковой коже и носимой одежде20,21.

Носимые устройства из чайного гриба, хотя и не являются общеизвестной концепцией, потенциально могут предложить несколько преимуществ. Чайный гриб образует на поверхности мат на основе целлюлозы. Этот целлюлозный материал обладает уникальными свойствами, которые делают его перспективным кандидатом для носимых технологий. Вот несколько причин, почему носимые устройства из чайного гриба могут быть важны:

Экологичность: носимые устройства из чайного гриба могут быть более экологичными по сравнению с традиционными носимыми материалами. Материал на основе целлюлозы биоразлагаем, возобновляем и может быть выращен с использованием простых ингредиентов, таких как чай и сахар. Он потенциально может снизить воздействие на окружающую среду, связанное с производством и утилизацией традиционных носимых устройств, изготовленных из синтетических материалов.

Биосовместимость: Целлюлозный материал, полученный из чайного гриба, как правило, биосовместим, что означает, что он с меньшей вероятностью вызовет побочные реакции при контакте с кожей человека. Это делает его потенциально подходящим материалом для людей с чувствительной кожей или аллергией.

Возможность настройки: материал чайного гриба может быть отлит в различные формы и размеры в процессе его роста, что позволяет создавать индивидуальные носимые устройства, которые могут соответствовать индивидуальным формам тела и потребностям. Такая гибкость может привести к повышению комфорта и производительности.

Воздухопроницаемость и контроль влажности. Носимые изделия на основе чайного гриба обладают высокой воздухопроницаемостью, обеспечивая циркуляцию воздуха и уменьшая накопление влаги на коже. Это свойство может быть полезно для спортивной одежды или других применений, где важно контролировать влажность. Более того, поглощение воды чайным грибом будет влиять на увеличение объемной проводимости чайного гриба; адгезия к коже также увеличивается после впитывания пота, что делает возможным использование самоклеящихся пластырей из растительных материалов.