Un equipo de investigación de los Institutos de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT, por sus siglas en inglés) de la Academia China de Ciencias ha desarrollado una biobatería miniaturizada y portátil de 20 milímetros de diámetro y 3,2 milímetros de altura.
Este innovador dispositivo integra un mecanismo de estimulación bioeléctrica que permite un control preciso de la estimulación bioeléctrica y de las señales fisiológicas de la presión arterial.
Su estudio, publicado en la revista científica Advanced Materials, impulsa el desarrollo de biodispositivos portátiles y amplía las fronteras de la investigación en materiales energéticos vivos diseñados.
La biobatería, construida con microorganismos electroactivos, presenta ventajas únicas en la monitorización fisiológica, la integración tisular y la alimentación de dispositivos implantables gracias a su superior adaptabilidad y biocompatibilidad.
Sin embargo, la creación de una biobatería miniaturizada y portátil, lista para usar y compatible con los dispositivos existentes, sigue siendo un reto.
Detalles de la investigación
En este estudio, los investigadores encapsularon las biopelículas de la bacteria Shewanella oneidensis MR-1 en hidrogeles de alginato para desarrollar hidrogeles vivos, que pueden imprimirse en 3D en geometrías definidas para una fabricación personalizada.
Inspirados en la fabricación de baterías de iones de litio, los investigadores desarrollaron una biobatería miniaturizada y portátil (20 mm x 3,2 mm) utilizando hidrogel vivo como tinta del bioánodo, hidrogel de alginato con K₃[Fe(CN)₆] como tinta del cátodo y una membrana de Nafion como membrana de intercambio iónico.
La biobatería generó electricidad a partir de la actividad metabólica de las bacterias, lo que le permitió autocargarse hasta 10 ciclos. También podría servir como pseudobatería para ciclos de carga/descarga, con una eficiencia culómbica superior al 99,5 % a lo largo de 50 ciclos, lo que indica menores pérdidas de energía.
Sorprendentemente, las bacterias de la biobatería mantuvieron una alta viabilidad, superior al 70 % durante todo el proceso y del 97,6 % al final de la operación.
La biobatería presentó una capacidad específica de 0,4 mAh g−1, una densidad de potencia máxima de aproximadamente 8,31 µW cm−2 y una densidad energética de 0,008 Wh/L.
Si bien estos valores son inferiores a los de las baterías de iones de litio tradicionales, la biobatería ofrece una alternativa energética sostenible al evitar el uso de materias primas críticas (como el cobalto y el litio), así como de componentes peligrosos para el medio ambiente (como el manganeso y los electrolitos orgánicos).
Otros usos de la biobatería
Además, los investigadores exploran el potencial de aplicación de las biobaterías en la estimulación nerviosa.
Al actuar sobre los nervios ciático y vago, estas demostraron un control preciso de la estimulación bioeléctrica y las señales fisiológicas de la presión arterial. Esta precisa técnica de estimulación es prometedora para el desarrollo de nuevos métodos de fisioterapia.
Este estudio ofrece soluciones innovadoras para el futuro desarrollo y la aplicación de la energía sostenible.
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