Levné, lehké, flexibilní a zároveň dostatečně robustní desky s plošnými spoji jsou mimo jiné důležité v segmentu nositelné elektroniky. V budoucnu by se tato elektronika mohla tisknout na ohebné obvody vyrobené z bakteriálních kultur, které se používají k výrobě oblíbeného fermentovaného nápoje z černého nebo zeleného čaje zvaného kombucha.
Kombucha se vyrábí fermentací sladkého čaje pomocí symbiotické kultury kvasinek a bakterií nazývané SCOBY (Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast). Pro výrobu kombuchy se obvykle používá černý nebo zelený čaj, do kterého se přidá cukr. Poté se vloží kultura a roztok se nechá fermentovat po dobu několika dnů až týdnů, v závislosti na teplotě, síle čaje a preferencích.
Možnosti využití SCOBY
SCOBY je pevný, gelovitý soubor celulózových vláken (biofilm), který vzniká díky aktivním bakteriím v kultuře a vytváří dokonalou živnou půdu pro rozvoj kolonie. Kromě využití k výrobě nápoje jsou kombuchové kultury slibné i jako užitečný biomateriál.
Například v roce 2016 získala profesorka oděvnictví, merchandisingu a designu ze Státní univerzity v Iowě Young-A Lee velkou pozornost díky svému výzkumu použití sušené SCOBY coby udržitelné náhrady kůže pro biologicky rozložitelné oblečení, boty nebo kabelky.
V roce 2021 vytvořili vědci z Massachusettského technologického institutu a Imperial College London nové druhy odolných „živých materiálů“, které by v budoucnosti mohly být využity jako biosenzory, pomáhající čistit vodu nebo detekovat poškození „chytrých“ obalových materiálů.
Loňské experimenty vědců z Montana Technological University a Arizona State University ukázaly, že membrány vypěstované z kombuchových kultur zabraňují tvorbě biofilmu, který je významným problémem při filtraci vody, lépe než současné komerčně dostupné membrány.
Kombucha jako udržitelné řešení
„V současné době se kombucha stává slibným kandidátem na výrobu udržitelných textilií, které lze použít pro výrobu ekologického biooblečení,“ uvedl pro časopis New Scientist Andrew Adamatzky z University of West of England v Bristolu. „Dočkáme se toho, že sušené – a doufejme, že živé – pláty z kombuchy budou začleněny do chytrých nositelností, které rozšíří funkčnost oděvů a gadgetů.“
Adamatzky se v roce 2021 podílel na studii, která prokázala, že živé pláty kombuchy vykazují dynamickou elektrickou aktivitu a stimulační reakce. Participoval také na článku popisujícím vývoj aktivní bakteriální rukavice, která slouží jako živé elektronické snímací zařízení.
Inspirován potenciálem kombuchových plátů pro nositelnou elektroniku nyní Adamatzky prokázal, že na sušené pláty SCOBY je možné tisknout elektronické obvody. Jeho tým použil k pěstování plátů komerčně vyráběné bakterie kombuchy a poté kultury sušil na vzduchu na plastu nebo papíru při pokojové teplotě.
Pláty se netrhají a nedochází k jejich poškození, ani když jsou ponořené do vody po dobu několika dní. Jeden z testovacích plátů dokonce přežil teploty v troubě až do 200 °C, nicméně při vystavení otevřenému ohni došlo k jeho spálení.
„Tišťáky“ na bakteriální kultuře
Adamatzky a jeho kolegové byli schopni na vysušené kombuchové pláty vytisknout pomocí aerosolové tryskové tiskárny vodivé polymerní obvody. Úspěšně také otestovali alternativní metodu 3D tisku obvodu z vodivé směsi polyesteru a mědi. K obvodům pak pomocí epoxidového lepidla s příměsí stříbra připevnili malé LED, které byly funkční i po opakovaném ohýbání a natahování.
Podle vědců jsou sušené pláty SCOBY na rozdíl od živých kombuchových struktur, se kterými pracovali dříve, nevodivé, což omezuje elektrický proud jen na tištěný obvod. Kombuchové pláty jsou lehčí, levnější a pružnější než tradiční keramické nebo plastové alternativy.
Potenciální aplikace zahrnují například nositelné monitory srdečního tepu a další zařízení. „Další výzkum se bude zabývat tiskem pokročilých funkčních obvodů, schopných detekovat – a možná i rozpoznávat – mechanické, optické a chemické podněty,“ uzavřeli autoři, kteří výsledky své práce publikovali na webu arXiv,