Una fuente de energía flexible y transparente inspirada en la anguila eléctrica podría usarse para impulsar dispositivos eléctricos en el interior del cuerpo humano, como órganos protésicos, marcapasos, o implantes con biosensores. El prototipo, descrito en un artículo publicado el 13 de diciembre en la revista Nature, funciona en una solución de sal y agua, pero los investigadores esperan que, en las versiones futuras, el dispositivo pueda obtener energía a partir de los fluidos corporales.
«Nuestro órgano eléctrico artificial tiene muchas características que las baterías tradicionales no tienen», explica Thomas Schroeder, investigador de la Universidad de Michigan y coautor del trabajo. Además de sus atractivas propiedades físicas, «no es tan potencialmente tóxico y esperamos que acabe funcionando en corrientes renovables de una solución de electrolitos».
Para diseñar una fuente de energía biocompatible, Schroeder y sus colaboradores se inspiraron en la anguila eléctrica (Electrophorus electricus), que se defiende y aturde a las presas con descargas eléctricas de hasta 600 voltios. La anguila genera sus potentes descargas garcias a ciertas células especializadas llamadas electrocitos, situadas en órganos que se extienden a lo largo de la mayor parte del cuerpo. Las variaciones en la concentración de electrolitos en el interior de estas células generan un flujo de iones que transporta carga eléctrica. Aunque cada célula produce solo un pequeño voltaje, las anguilas tienen miles de ellas apiladas en serie, de modo que todos los voltajes se suman.
Poder piscícola
El equipo de Schroeder imitó la anatomía de los electrocitos usando cuatro hidrogeles de poliacrilamida y agua, y luego apilaron alrededor de 2.500 de estas unidades. Este sistema sintético generó una diferencia de potencial de 110 voltios. No obstante, su potencia total fue entre dos y tres órdenes de magnitud menor que la lograda por una anguila eléctrica, cuyas células son más delgadas y, por lo tanto, ofrecen una resistencia menor.
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En teoría, la potencia generada por esta batería artificial podría bastar para ejecutar dispositivos ya existentes de muy bajo consumo, como algunos marcapasos cardíacos, explica Schroeder. Pero los investigadores creen que el rendimiento del sistema se podría mejorar de forma espectacular, por ejemplo, creando membranas de hidrogel más delgadas para reducir su resistencia.
Las anguilas eléctricas usan energía metabólica para mantener la diferencia de concentraciones de electrolitos entre los distintos electrocitos. En un futuro, Schroeder espera que sean capaces de imitar también esta propiedad. «Es posible que algún día podamos usar un planteamiento similar al de nuestro órgano eléctrico artificial para aprovechar diferentes fluidos del cuerpo», añade.
Markus Buehler, investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts que no participó en el estudio, se muestra impresionado ante el diseño del prototipo y opina que se trata de «un avance extraordinario que trasciende el pensamiento convencional». «Anticipo el despliegue de esta tecnología en un futuro cercano», concluye el experto.
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Fuente;: Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group. Emma Young / Nature News
Referencia: «An electric-eel-inspired soft power source from stacked hydrogels» Thomas B. H. Schroeder et al. en Nature, 13 de diciembre de 2017.
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