¿Sin batería? ¡Eres bienvenido! Las células de biocombustible portátiles ahora generan electricidad a partir de lactato

No se puede negar que la miniaturización de los dispositivos electrónicos ha avanzado mucho en las últimas décadas. Hoy en día, después de los teléfonos inteligentes de bolsillo que pueden avergonzar a los viejos equipos de escritorio y una gran cantidad de opciones de conectividad inalámbrica, existe un tipo particular de dispositivo que continúa evolucionando: los biosensores portátiles. Estos pequeños dispositivos generalmente están diseñados para usarse directamente sobre la piel para medir señales biológicas específicas y para enviar de forma inalámbrica las mediciones a teléfonos inteligentes o computadoras para rastrear la salud del usuario.

Aunque los científicos de materiales han desarrollado muchos tipos de circuitos y electrodos flexibles usable dispositivos, era difícil encontrar una fuente de alimentación adecuada para biosensores portátiles. Las pilas de botón tradicionales, como las que se utilizan en los relojes de pulsera y las calculadoras de bolsillo, son demasiado gruesas y voluminosas, mientras que las pilas más delgadas plantean problemas de capacidad e incluso de seguridad. Pero, ¿y si nosotros mismos fuéramos fuentes de energía para los wearables?

Un equipo de científicos dirigido por el profesor asociado Isao Shitanda de la Universidad de Ciencias de Tokio en Japón está investigando formas efectivas de utilizar el sudor como la única fuente de energía para los dispositivos electrónicos portátiles. En su último estudio, publicado en Diario de fuentes de energía, presenta un diseño innovador para biocombustible una matriz celular que utiliza una sustancia química que se encuentra en el sudor, el lactato, para generar suficiente energía para impulsar un biosensor y dispositivos de comunicación inalámbrica durante un corto período de tiempo. El estudio se realizó en colaboración con el Dr. Seiya Tsujimura de la Universidad de Tsukuba, el Dr. Tsutomu Mikawa de RIKEN y el Dr. Hiroyuki Matsui de la Universidad de Yamagata en Japón.

Su nueva disposición de células de biocombustible parece un vendaje de papel que se puede usar sobre el brazo o el antebrazo, por ejemplo. Consiste esencialmente en un sustrato de papel impermeable sobre el que se disponen múltiples células de biocombustible en serie y en paralelo; el número de celdas depende del voltaje de salida y la potencia requerida. En cada celda, las reacciones electroquímicas entre el lactato y la enzima presente en los electrodos generan una corriente eléctrica que fluye hacia un colector de corriente general hecho de pasta carbonosa conductora.

Esta no es la primera célula de biocombustible de lactato, pero algunas diferencias clave hacen que este nuevo diseño se destaque de las células de biocombustible de lactato existentes. Una es que todo el dispositivo se puede fabricar mediante serigrafía, una técnica generalmente adecuada para una producción en masa rentable. Esto fue posible gracias a la cuidadosa selección de materiales y un ingenioso diseño. Por ejemplo, mientras que las celdas anteriores similares usaban cables de plata como caminos conductores, las celdas de biocombustible actuales usan tinta de carbono porosa. Otra ventaja es la forma en que se administra el lactato a las células. Las capas de papel se utilizan para recoger el sudor y transportarlo a todas las células simultáneamente a través del efecto capilar, el mismo efecto por el cual el agua fluye rápidamente a través de la servilleta cuando entra en contacto con un charco.

Estas ventajas dan a las matrices de biocombustible una capacidad sin precedentes para suministrar energía a los circuitos electrónicos, señala el Dr. Shitanda: “En nuestros experimentos, nuestras celdas de papel de biocombustible pueden generar 3,66 voltios y una salida de 4,3 mW. Hasta donde sabemos, este poder es mucho más alto que el de las células de biocombustible de lactato reportadas anteriormente ‘. Para demostrar su utilidad para biosensores portátiles y dispositivos electrónicos en general, el equipo creó un biosensor de lactato de acción automática que no solo puede alimentarse a través del lactato y medir los niveles de lactato en el sudor, sino que también transmite valores medidos en tiempo real a un teléfono inteligente. a través de Bluetooth de baja potencia equipo.

Como se explicó en un estudio anterior también realizado por el Dr. Shitanda, el lactato es un biomarcador importante que refleja la intensidad del ejercicio en tiempo real, lo cual es importante en el entrenamiento de atletas y pacientes en rehabilitación. Sin embargo, las matrices de células de biocombustible propuestas pueden energía no solo usable lactato biosensores, sino también otros tipos de dispositivos electrónicos portátiles. “Pudimos conducir un medidor de actividad disponible comercialmente durante 1,5 horas usando una gota de sudor artificial y nuestro biocombustible célulasexplica el Dr. Shitanda, “y esperamos que puedan alimentar todo tipo de dispositivos, como relojes inteligentes y otros dispositivos portátiles populares”.

Con suerte, con el mayor desarrollo de los wearables. células de biocombustible, ¡alimentar dispositivos electrónicos portátiles y biosensores no será un problema!