La innovadora batería andaluza que funciona con hemoglobina: cambiará los dispositivos médicos

Los dispositivos portátiles y la demanda de energía han aumentado exponencialmente en los últimos años. Una situación que requiere el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento y conversión de energía sostenibles y de bajo coste. Entre ellos se encuentran las pilas, que han evolucionado con el paso del tiempo, con opciones que van más allá de las clásicas de ion y litio, como una que funcionan con agua y aire u otra del tamaño de una mota de polvo. Ahora, en España unos investigadores sorprenden con una batería que funciona con hemoglobina humana.

La hemoglobina es una proteína presente en los glóbulos rojos de la sangre que se encarga de transportar el oxígeno desde los pulmones hasta los diferentes tejidos del cuerpo; y de llevar el dióxido de carbono en el camino inverso. Una sustancia que tiene una gran afinidad con el oxígeno y que es fundamental para vida. Incluso puede ser un elemento clave para un tipo de dispositivo electroquímico donde el oxígeno juega un papel importante, como son las baterías de zinc-aire. Al menos eso es lo que ha revelado un reciente estudio.

Los grupos de investigación de Química Física y Química Inorgánica de la Universidad de Córdoba (UCO), junto con un equipo de la Universidad Politécnica de Cartagena (Murcia), han desarrollado a través de una prueba de concepto el primer prototipo de una batería biocompatible que usa la hemoglobina humana como facilitador de una reacción electroquímica. Un invento que no es dañino para el cuerpo y que puede llegar a funcionar en torno a los 20 o 30 días, según indican en su estudio publicado en la revista científica Energy & Fuels.

Un proyecto que surgió hace dos años mientras el equipo de investigadores realizaba una búsqueda bibliográfica. "Encontramos un trabajo de la Universidad de Oxford elaborado por Richard Compton, que es una eminencia dentro de la electroquímica. En él, estudiaba distintos tipos de hemoglobina y cómo se comportaban en la reacción que nos interesaba [el proceso de reducción y oxidación (redox)] para este tipo de batería y para la tecnología del hidrógeno; en la que también hemos trabajado", señala Manuel Cano Luna, investigador de la UCO y miembro de uno de los grupos de investigación, a EL ESPAÑOL - Omicrono.

Funciona con hemoglobina

Las baterías de zinc-aire son una de las alternativas más sostenibles a las de ion-litio, que son las que actualmente dominan el mercado. Empleando una de ellas, el equipo de investigadores señala que la hemoglobina humana funcionaría como catalizador en ellas. Es decir, es una proteína que se encarga de facilitar la reacción electroquímica, llamada Reacción de Reducción de Oxígeno (ORR, por sus siglas en inglés). Esto hace que, después de que el aire entre en la pila, el oxígeno se reduzca y transforme en agua en una de las partes de la batería.

Pruebas de la batería en laboratorio. Manuel Cano Luna Omicrono

De esta manera, libera electrones que pasan a la otra parte de la batería donde se produce la oxidación del zinc, que es necesario para transferir la energía. "Ya habíamos hecho trabajos con hemoglobinas. Nos llama la atención que la gente cree que nosotros somos los que la sacamos de la sangre, pero lo cierto es que se trata de un reactivo comercial. Es decir, la compramos y es relativamente barata. Si esto llega a escalar, se podría usar hemoglobina de sangre de cualquier mamífero, no tiene por qué ser humana. Nosotros hemos usado esta porque es la que teníamos", señala Manuel Cano Luna.

El investigador también indica que para que una sustancia sea un buen catalizador en la reacción de reducción de oxígeno, "tiene que cumplir dos propiedades: absorber rápidamente moléculas de oxígeno y formar las moléculas de agua relativamente fácil. Y la hemoglobina cumplía esos requisitos". De hecho, a través de este proceso, el equipo señala que ha conseguido que su prototipo de batería biocompatible funcione con 0,165 miligramos de hemoglobina humana entre 20 y 30 días.

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Una novedosa batería que funciona con hemoglobina que "en principio, está pensada para usarse en dispositivos médicos que estén integrados en el cuerpo, como puede ser un marcapasos; ya que funciona a pH 7,4 que es un pH similar al de la sangre". Cano explica que por el momento el grupo de investigadores está "hablando con el Instituto de Medicina para saber qué tipo de aparatos o implantes necesitarían electricidad para monitorizar, por ejemplo, los valores del azúcar en sangre o cualquier otro elemento que necesite de un sistema que alerte, ponga un aviso o necesite medirse continuamente". 

Eso sí, el investigador indica que este invento "habría que cambiarlo cada cierto tiempo", aunque aclara que eso "depende de cuántos ciclos de carga y descarga somos capaces de optimizar en los siguientes pasos". Cano también apunta que el problema está en que "cada vez que se carga y descarga se genera como una especie de costra sobre el zinc que provoca que no se consiga el 100% durante el proceso; sino que primero carga un 99%, luego un 98% y va bajando... hasta que llega un momento en el que la batería esté trabajando con un 20% y haya que cambiarla. Aunque tenemos el reto de evitar que esa costra se forme para aumentar más el tiempo de vida útil".

Una batería sostenible

Además del buen funcionamiento, el prototipo de batería que han desarrollado los investigadores presenta otra serie de ventajas. La primera de ellas es que, al ser de zinc-aire, es "más sostenible para el medioambiente, ya que usa zinc y no litio. También es más viable para nosotros, ya que es una materia prima que está muy disponible, mucho más que el litio; por lo que se depende menos de terceros países, algo que la Unión Europea". Por otro lado, Cano destaca que "al utilizar el cátodo de oxígeno, un reactivo que está en el aire, se puede trabajar con la pila en condiciones atmosféricas".

Esto es un paso importante, ya que "no le afecta la humedad ni los gases atmosféricos, por lo que se puede trabajar en ella en el mismo ambiente. Mientras que otras baterías que hay en el mercado, y a las que sí les afecta estos elementos, se deben manipular con guantes y en una cámara con una atmósfera inerte [químicamente inactivo] para su fabricación. Que es un proceso más complicado". Además de ello, esta batería también destaca por ofrecer "una velocidad de energía bastante competitiva".  

La batería que usa hemoglobina. Manuel Cano Luna Omicrono

Sin embargo, la batería tiene aspectos a mejorar, como que, al funcionar con presencia de oxígeno, no se podría usar en el espacio. Pero el principal es que se trata de una pila primaria, por lo que solamente descarga energía eléctrica. "Estamos buscando una proteína biológica que nos permita la recarga. Trabajamos ya con algunas que no puedo decir para ver cuál funciona mejor. El siguiente paso sería combinarla con la hemoglobina para que no se pisen y que haya, si fuera posible y siendo conscientes de las limitaciones que tiene, un efecto sinérgico entre ambas para conseguir que la batería sea recargable", indica el investigador. 

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