La integración de la tecnología dentro de organismos vivos requiere fuentes energéticas que sean biocompatibles, flexibles y capaces de aprovechar la energía química del interior de los sistemas biológicos, cosa que las baterías convencionales no son capaces de hacer. Sin embargo, la energía de la anguila eléctrica (Electrophorus electricus, L. 1766) es capaz de generar diferencias de potencial de hasta 600 voltios y corrientes de 1 Amperio, que utiliza para aturdir a sus presas. Para conseguir esto, dispone de electrocitos, unas células especializadas con forma de disco y que se apilan para producir grandes descargas.
De nuevo, los animales inspiran a humanos para obtener energía, como la mariposa negra, y por ello, un equipo internacional de investigadores, liderado desde la Universidad de Michigan (EE.UU.), se ha interesado en este hecho y ha creado un sistema basado en gotas de hidrogel sobre un sustrato plástico que imita el funcionamiento de dichos electrocitos, con el fin de crear un órgano eléctrico artificial para suministrar energía a esa tecnología biocompatible, como marcapasos, órganos protésicos o implantes con biosensores.
Para construir el sistema eléctrico biocompatible basado en la energía de la anguila eléctrica, el equipo de Schroeder imitó la anatomía de los electrocitos de este animal acuático, usando cuatro hidrogeles de poliacrilamida y agua, y apilando unas 2.500 de estas unidades.
Para ello, con una impresora 3D, se depositan matrices de geles sobre dos sustratos de plástico. Sobre un primer sustrato, se deposita una matriz de gotas de gel, alternando una con alta salinidad y otra de baja salinidad. A continuación, se pone otra matriz con los geles selectivos de aniones y cationes, sobre un segundo sustrato. Al superponer estos sustratos, se produce una conexión mediante un circuito plegado, el cual genera hasta 110 voltios. Y con este plegado, denominado pliegue de mapa de Miura, se puede controlar la descarga de energía.
“Aquí presentamos un concepto de energía, inspirado en la energía de la anguila eléctrica, que usa gradientes de iones entre diminutos compartimentos de hidrogel de poliacrilamida delimitados por membranas selectivas de cationes y aniones”, explican los autores en su estudio, publicado en la revista Nature. “A diferencia de las baterías típicas, estos sistemas son blandos, flexibles, transparentes y potencialmente biocompatibles”, destaca el autor principal del trabajo, Michael Mayer, asociado a la Universidad de Michigan y también biofísico en la Universidad de Friburgo (Suiza). “Los órganos eléctricos de las anguilas son increíblemente sofisticados, mucho mejores para generar energía que este sistema”, reconoce Mayer, “pero lo importante aquí ha sido poder replicar los conceptos básicos del proceso».
En teoría, la potencia generada por esta batería artificial inspirada en la naturaleza, podría ser suficiente para ejecutar dispositivos ya existentes de bajo consumo, como algunos marcapasos cardíacos. Pero los investigadores creen que el rendimiento del sistema se podría mejorar de forma notoria, como por ejemplo, creando membranas de hidrogel más delgadas para reducir su resistencia.
Además, hay que tener en cuenta que la energía de la anguila eléctrica, procede de la energía metabólica, la cual mantiene la diferencia de concentraciones de los distintos electrolitos. En un futuro, esperan 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”, indica Thomas Shroeder, investigador de la Universidad de Michigan y coautor del trabajo.
“Nuestro órgano eléctrico artificial tiene muchas características que las baterías tradicionales no tienen”, añade Schroeder. “Además de sus atractivas propiedades físicas, no es tan potencialmente tóxico y esperamos que acabe funcionando en corrientes renovables de una solución de electrolitos”.
Así, las características de este producto, apuntan que los futuros órganos eléctricos artificiales, cuando estén plenamente desarrollados, se podrán aplicar en robots blandos, así como en la activación de implantes de próxima generación como marcapasos, biosensores avanzados o dispositivos protésicos en sistemas híbridos vivos y no vivos.
Fuente: NCYT
