Em um novo relatório agora publicado na Royal Society Open Science , Mohammed Taha Amen e uma equipe de cientistas em engenharia de bio-nanosistemas, engenharia química e microbiologia da Universidade Nacional de Chonbuk da Coreia do Sul e da Universidade Zagazig, no Egito, mostraram a possibilidade de usando águada chuva como um analito sustenta¡vel em uma canãlula a combusta­vel microbiana de catodo de ar (MFC). Os resultados mostraram como os construtos podem funcionar dentro de uma faixa de temperatura especa­fica, em ambientes aera³bios e anaera³bios.

O trabalho destacou a influaªncia significativa da estação das chuvas em condições anaera³bias , onde a águada chuva de vera£o atingiu um potencial de circuito aberto (OCP) de 553 ± 2 mV, sem adição de nutrientes a  temperatura ambiente. A adição de nutrientes aumentou ainda mais a voltagem da canãlula. A equipe obteve o potencial ma¡ximo de circuito aberto para a águada chuva de inverno ao expor o reator ao ar (condições aera³bicas) a  temperatura ambiente.

A canãlula de combusta­vel microbiana de águada chuva (RMFC) resultante gerou uma potaªncia máxima de 7 ± 0,1 mWm -2 a um valor de densidade de corrente correspondente de 44 ± 0,7 mAm -2 a 30 graus Celsius. Os cientistas obtiveram a potaªncia máxima de saa­da a  temperatura ambiente com a águada chuva de vera£o. Durante o vera£o, Lactobacillus spp . formaram o gaªnero eletroativo dominante, enquanto Staphylococcus spp. dominava a águada chuva de inverno. A análise de voltametria ca­clica confirmou como os elanãtrons podem ser entregues diretamente do biofilme bacteriano a superfÍcie do a¢nodo, sem quaisquer mediadores para abrir um novo caminho para células de combusta­vel microbianas sustenta¡veis ​​baseadas em águada chuva (RMFCs).

Um sistema de canãlula de combusta­vel microbiano fornece uma configuração para que os microorganismos convertam a energia química incorporada em alguns compostos orga¢nicos em eletricidade, oxidando esses compostos em ATPs (trifosfato de adenosina) por meio de reações sequenciais . Os MFCs diferem de outros tipos de células de combusta­vel, pois os organismos vivos podem atuar como um catalisador para organizar os materiais orga¢nicos presentes na ca¢mara ana³dica. O processo de desenvolvimento do MFC fornece um processo limpo, confia¡vel e eficiente, sem quaisquer subprodutos ta³xicos . Embora a energia produzida pelos MFCs seja relativamente baixa, ela poderia obter energia de vários tipos de resíduos naturalmente presentes em diversos ambientes para conversão direta em eletricidade. Em áreas remotas, os MFCs são, portanto, considerados um conveniente dispositivo gerador de energia para sensores sem fio. A águada chuva contanãm uma variedade de microorganismos coletados da atmosfera, com ampla evidência de atividade microbiana no ar. As amostras de águada chuva fresca contem uma ampla variedade filogenanãtica, incluindo sequaªncias gena´micas, como Alphaproteobacteria , Actinobacteria, Bacteriodetes e Lentisphaerae. A presença de diversos microrganismos motivou o cientista a estudar a possibilidade de geração de eletricidade a partir de células a combusta­vel microbianas de a¡guas pluviais (RMFC) devido a  sua capacidade de metabolizar componentes orga¢nicos e inorga¢nicos. Neste trabalho, Amen et al. investigou duas amostras diferentes de águada chuva com base na temporada de coleta de amostras para gerar eletricidade por meio de um MFC de ca¡todo de ar de ca¢mara única. Os resultados, surpreendentemente, forneceram uma saa­da de energia promissora em uma atmosfera de qualidade relativamente alta.

A equipe coletou águada chuva em abril e dezembro para as chuvas de vera£o e inverno, respectivamente, e usou as amostras sem aditivos ou com caldo nutritivo . Amen et al. em seguida, construiu um MFC para funcionar como um ca¡todo de ar de ca¢mara única feito de poliacra­lico transparente entre o a¢nodo e o ca¡todo. A equipe colocou um eletrodo de referaªncia de prata / cloreto de prata (Ag / AgCl) no compartimento do anodo para medir o potencial dos eletrodos. Eles montaram o MFC e o esterilizaram usando UV, em seguida testaram seu desempenho com águada chuva pura como um ana³lito (eletra³lito no lado do a¢nodo), ao lado da águada chuva com meio nutriente de caldo. Para examinar as condições aera³bicas / anaera³bias, a equipe em seguida forneceu contato direto do ar ambiente com os MFCs e, em outra insta¢ncia, bloqueou o acesso ao oxigaªnio para criarcondições anaera³bicas . Amen et al. Espera-se que os tipos de microrganismos e suas quantidades na águada chuva variem de acordo com a estação. A águada chuva de vera£o forneceu um potencial ma¡ximo de circuito aberto do que no inverno a uma temperatura ambiente após 15 dias de funcionamento. Os resultados indicaram como as células a combusta­vel microbianas da águada chuva propostas poderiam criar um potencial muito aceita¡vel independentemente da estação de coleta, embora a águada chuva de vera£o produzisse um ana³lito mais favora¡vel.

A equipe também testou o desempenho eletroqua­mico de células a combusta­vel microbianas usando um potenciostato e análise de voltametria ca­clica em uma configuração de três eletrodos, onde atribua­ram o a¢nodo como um eletrodo de trabalho, o ca¡todo e Ag / AgCl como um contra-eletrodo e eletrodo de referaªncia, respectivamente . Apa³s 22 dias de funcionamento, a equipe desmontou o aparato e cultivou o biofilme coletado dasuperfÍcie do a¢nodo e do ana³lito, em meio de a¡gar Nutrient. Apa³s isolar o crescimento bacteriano, Amen et al. extraiu o DNA gena´micopara análise. A equipe descobriu que a manutenção de condições anaera³bias em MFCs ébastante difa­cil na prática e, portanto, investigou células em condições aera³bias para determinar o papel bem-sucedido da águada chuva como um ana³lito na configuração para geração de eletricidade. Eles creditaram as descobertas a  rápida metabolização de nutrientes a 30 graus Celsius. Os valores de saa­da enfatizaram as aplicações de RMFCs ( células a combusta­vel microbianas de a¡guas pluviais ) no vera£o ou inverno nas condições de interesse apropriadas.

A águada chuva de vera£o sozinha (rotulada SRMFC-A) produziu uma saa­da de tensão máxima de 553 ± 0,6 mV em comparação com a águada chuva de vera£o com nutrientes (rotulada SRMFC-WN). A configuração apenas com águada chuva de vera£o produziu uma potaªncia máxima em 18 dias, enquanto aquelas com nutrientes no meio atingiram uma potaªncia máxima em três dias. Como a adição de nutrientes a uma canãlula de combusta­vel em um ambiente prático étediosa, os resultados indicaram como a configuração pode ser usada sozinha sem nutrientes para produzir uma voltagem razoa¡vel para aplicações em tempo real. Resultados adicionais com voltametria ca­clica mostraram como os elanãtrons foram entregues do biofilme bacteriano para asuperfÍcie do a¢nodo via contato direto sem mediadores. As células de combusta­vel microbianas de inverno e vera£o também mostraram um filme eletroativo espesso e bem estruturado via microscopia eletra´nica de varredura , possibilitando a transferaªncia de elanãtrons para o a¢nodo.

Os cientistas examinaram as variantes microbiológicas para investigar a comunidade microbiana na águada chuva usada. Eles observaram a presença de interações sinanãrgicas entre microrganismos como um fator importante para formar biofilmes eletroativos que sustentam os sistemas bioeletroquímicos a longo prazo. Enquanto o Lactobacillus spp. formado como as bactanãrias eletroativas prima¡rias na configuração da canãlula de combusta­vel microbiana de vera£o, Staphylococcus spp. estiveram presentes de forma mais dominante na configuração de inverno. A canãlula de combusta­vel microbiana (MFC) proposta éaplica¡vel a regiaµes em todo o mundo. na prática , a equipe espera aplicações da configuração em áreas remotas onde a canãlula pode ser preenchida com águada chuva primeiro e deixada no modo de circuito aberto para formar um biofilme nasuperfÍcie do a¢nodo e criar um potencial de circuito aberto esta¡vel. Desta maneira, Mohammed Taha Amen e seus colegas mostraram o desenvolvimento de uma canãlula de combusta­vel microbiana de ca¢mara única de ca¡todo de ar que funcionava efetivamente com a águada chuva como ana³lito. O produto resultante não éapenas útil para alimentar sensores sem fio, mas também pode ser eficaz como uma ferramenta de biossensor para monitorar a comunidade microbiana.