En áreas remotas del mundo o en regiones con recursos limitados, los artículos cotidianos como enchufes eléctricos y baterías son lujos. Los trabajadores de la salud en estas áreas a menudo carecen de electricidad para alimentar los dispositivos de diagnóstico, y las baterías comerciales pueden no estar disponibles o ser demasiado costosas. Se necesitan nuevas fuentes de energía que sean de bajo costo y portátiles. Hoy en día, los investigadores informan sobre un nuevo tipo de batería, hecha de papel y alimentada por bacterias, que podría superar estos desafíos.
Los investigadores presentarán hoy sus resultados en el 256º Encuentro y Exposición Nacional de la American Chemical Society (ACS).
«El papel tiene ventajas únicas como material para los biosensores», dice el Dr. Seokheun (Sean) Choi, quien presenta el trabajo en la reunión. «Es barato, fungible, flexible y tiene una gran superficie. Sin embargo, los sensores sofisticados requieren una fuente de alimentación. Las baterías comerciales son demasiado derrochadoras y caras, y no se pueden integrar en sustratos de papel. La mejor solución es una bio-batería de papel».
Los investigadores han desarrollado previamente biosensores con papel desechable para el diagnóstico barato y conveniente de enfermedades y condiciones de salud, así como para la detección de contaminantes en el medio ambiente. Muchos de estos dispositivos dependen de los cambios de color para reportar un resultado, pero a menudo no son muy sensibles. Para aumentar la sensibilidad, los biosensores necesitan una fuente de alimentación. Choi quería desarrollar una batería de papel económica alimentada por bacterias que pudiera incorporarse fácilmente a estos dispositivos de un solo uso.
Así que Choi y sus colegas de la Universidad Estatal de Nueva York, Binghamton, hicieron una batería de papel imprimiendo finas capas de metales y otros materiales sobre una superficie de papel. Luego, colocaron «exoelectrogenos» liofilizados sobre el papel. Los exoelectrogénicos son un tipo especial de bacterias que pueden transferir electrones fuera de sus células. Los electrones, que se generan cuando las bacterias producen energía para sí mismas, pasan a través de la membrana celular. Entonces pueden hacer contacto con electrodos externos y alimentar la batería. Para activar la batería, los investigadores añadieron agua o saliva. En un par de minutos, el líquido revivió las bacterias, que produjeron suficientes electrones para alimentar un diodo emisor de luz y una calculadora.
Los investigadores también investigaron cómo el oxígeno afecta el rendimiento de su dispositivo. El oxígeno, que pasa fácilmente a través del papel, podría absorber los electrones producidos por las bacterias antes de que lleguen al electrodo. El equipo encontró que aunque el oxígeno disminuyó ligeramente la generación de energía, el efecto fue mínimo. Esto se debe a que las células bacterianas estaban estrechamente adheridas a las fibras de papel, que rápidamente transportaban los electrones al ánodo antes de que el oxígeno pudiera intervenir.
La batería de papel, que puede utilizarse una vez y luego desecharse, tiene actualmente una vida útil de unos cuatro meses. Choi está trabajando en las condiciones para mejorar la supervivencia y el rendimiento de las bacterias liofilizadas, permitiendo una vida útil más larga. «El rendimiento de potencia también necesita ser mejorado en cerca de 1.000 veces para la mayoría de las aplicaciones prácticas», dice Choi. Esto podría lograrse apilando y conectando múltiples baterías de papel, señala. Choi ha solicitado una patente para la batería y está buscando socios de la industria para su comercialización.
Los investigadores reconocen el apoyo y la financiación de la Fundación Nacional de Ciencias, la Oficina de Investigación Naval y la Fundación de Investigación de la Universidad Estatal de Nueva York.
Traducido desde: sciencedaily