Un equipo interdisciplinar de investigadores de la Universidad de Córdoba (España) ha diseñado y desarrollado una batería que utiliza hemoglobina humana como facilitador de reacciones químicas. Con este prototipo se ha conseguido una autonomía de entre 20 y 30 días.
Por primera vez, se ha demostrado con éxito la aplicación de hemoglobina humana como electrodo de aire en una batería acuosa de Zn-aire (ZAB) logrando valores significativos de capacidad específica y tiempo de descarga. Esta es la principal conclusión del estudio experimental que aparece en Energy & Fuels.
La hemoglobina es una proteína presente en los glóbulos rojos y se encarga de transportar oxígeno desde los pulmones a los diferentes tejidos del cuerpo (y luego transferir dióxido de carbono al revés). Tiene una altísima afinidad por el oxígeno y es fundamental para la vida.
En este punto, los grupos de Química Física (FQM-204) y Química Inorgánica (FQM-175) de la Universidad de Córdoba (UCO), junto con un equipo de la Universidad Politécnica de Cartagena, se preguntaron: ¿y si también fuera un elemento clave para un tipo de dispositivos electroquímicos, en los que el oxígeno también juega un papel importante, como las baterías de zinc-aire?
Y han demostrado que la hemoglobina presenta propiedades prometedoras para el proceso de reducción y oxidación (redox), mediante el cual se genera energía en este tipo de sistemas. Desarrollaron, a través de un proyecto de Prueba de Concepto, la primera batería biocompatible (que no es dañina para el organismo), utilizando hemoglobina en la reacción electroquímica que transforma la energía química en energía eléctrica.
Es bien sabido que las baterías son dispositivos químicos que almacenan energía eléctrica en forma de sustancias químicas y, mediante reacciones electroquímicas reversibles, convierten la energía química almacenada en energía eléctrica de corriente continua.
Baterías acuosas de Zn-aire
Actualmente las baterías de Li-ion son los sistemas más aplicados en el sector de la automoción y de los dispositivos portátiles. Sin embargo, los expertos saben que son varios inconvenientes los que hacen necesario buscar otro tipo de baterías, basadas en materiales más abundantes, seguros y menos costosos.
“Las baterías acuosas de Zn-aire (ZAB) -señalan en este estudio- se perfilan como candidatas prometedoras por su seguridad, bajo coste, respeto al medio ambiente y alta capacidad teórica. Aunque la mayoría de los estudios sobre ZAB utilizan electrolitos alcalinos como resultado de su buena conductividad, un tema relevante es la durabilidad limitada asociada con la reacción de desprendimiento de hidrógeno, las formaciones de dendritas y carbonatos”.
Y recuerdan que, recientemente, se han propuesto electrolitos neutros y casi neutros para superar estas limitaciones. Así, la hemoglobina, como se indica líneas arriba, es una proteína transportadora de oxígeno que contiene hierro y está presente en los eritrocitos de casi todos los vertebrados.
Básicamente, cada proteína hemoglobina contiene cuatro grupos hemo que actúan como un catalizador de un solo átomo y se protegen por las estructuras proteicas circundantes contra cualquier posible envenenamiento del catalizador.
El profesor Manuel Cano Luna, de la Universidad de Córdoba, subraya que “para ser un buen catalizador en la reacción de reducción de oxígeno, debe tener dos propiedades: absorber rápidamente las moléculas de oxígeno y formar moléculas de agua con relativa facilidad. Y la hemoglobina cumplía esos requisitos».
De hecho, a través de este proceso, este equipo de científicos logró que su prototipo de batería biocompatible funcionara con 0,165 miligramos de hemoglobina durante entre 20 y 30 días.
Hemoglobina como catalizador
Además de un gran rendimiento, el prototipo de batería que han desarrollado cuenta con otras ventajas, siempre según sus creadores. En primer lugar, las baterías zinc-aire son más sostenibles y pueden soportar condiciones atmosféricas adversas, a diferencia de otras baterías afectadas por la humedad y que requieren una atmósfera inerte para su fabricación.
Asimismo, el uso de la hemoglobina como catalizador biocompatible es bastante prometedor de cara a utilizar estas baterías en dispositivos que se integran en el cuerpo humano, como por ejemplo los marcapasos. “De hecho -matiza el profesor Cano-, la batería funciona a pH 7,4, que es un pH similar al de la sangre. Además, dado que la hemoglobina está presente en casi todos los mamíferos, también se podrían utilizar proteínas de origen animal”.
No obstante, el ingenio que han desarrollado tiene, en su opinión, cierto margen de mejora. La principal es que es una batería primaria, por lo que solo descarga energía eléctrica. Además, no es recargable. Por ello, el equipo ya está dando los siguientes pasos para encontrar otra proteína biológica que pueda transformar el agua en oxígeno y, así, recargar la batería. Además, sólo funcionarían en presencia de oxígeno, por lo que no podrían utilizarse en el espacio.
Por último, estos científicos hacen hincapié en que su trabajo allana el camino para el desarrollo de un ZAB de base biológica, “que podría ser útil para el desarrollo futuro de un sistema autoalimentado, integrado en el cuerpo para aplicaciones portátiles e implantables”.
Biotech magazine & news
Información compartida por la página de divulgación biotecnológica
Biotech Magazine & News. dirigida por José María Fernández-Rúa con la misma honestidad y rigor que ha caracterizado su andadura en papel desde la fundación de Biotech Magazine en 2006.
Expertos abordan los últimos avances en biotecnología, en sus diferentes colores: amarillo (Tecnología Alimentaria y Nutrición), azul (Acuicultura y Biotecnología Marina), blanco (Organismos modificados genéticamente), rojo (Biomedicina), verde (Biocombustibles, Agricultura y Biotecnología Ambiental) y violeta (Patentes e Invenciones). Biotech Magazine & News, editada por Cariotipo MH5, recoge noticias, entrevistas a líderes de I+D+I y artículos de opinión..
Si (
No(
