Un equipo de investigadores de las Instituciones de Tecnología Avanzada de Shenzhen, pertenecientes a la Academia China de Ciencias, ha desarrollado una batería biológica miniaturizada y portátil. Este avance, publicado en la revista Advanced Materials, tiene la capacidad de permitir un control preciso sobre la estimulación bioeléctrica y las señales fisiológicas de presión arterial, lo que podría revolucionar el ámbito de las terapias físicas y los dispositivos implantables.
Innovaciones en baterías biológicas
Las baterías biológicas, construidas a partir de microorganismos electroactivos, ofrecen ventajas únicas en términos de monitorización fisiológica, integración con tejidos y suministro de energía a dispositivos implantables, gracias a su elevada adaptabilidad y biocompatibilidad. Sin embargo, la creación de dispositivos que sean miniaturizados, portátiles y compatibles con tecnologías existentes ha sido un reto considerable.
El equipo de investigación, liderado por Zhong Chao, Liu Zhiyuan y Wang Xinyu, encapsuló biopelículas de Shewanella oneidensis MR-1 dentro de hidrogeles de alginato, creando así hidrogeles vivos. Estos hidrogeles pueden ser impresos en 3D para una fabricación personalizada. Inspirados en la fabricación de baterías de iones de litio, desarrollaron una batería biológica de dimensiones compactas (20 mm de diámetro y 3.2 mm de altura) utilizando un hidrogel vivo como tinta para el bioánodo y un hidrogel de alginato que contiene K3[Fe(CN)6] como tinta para el cátodo, complementado con una membrana Nafion como membrana de intercambio iónico.
La batería biológica genera electricidad a partir de la actividad metabólica de las bacterias, lo que le proporciona capacidades de auto-carga de hasta 10 ciclos. Además, puede funcionar como una pseudo-batería para ciclos de carga y descarga con una eficiencia coulómbica superior al 99.5% en 50 ciclos, indicando pérdidas de energía mínimas. Las bacterias mantuvieron una viabilidad alta, superior al 70% durante todo el proceso y alcanzando un 97.6% al final de la operación.
Los parámetros de rendimiento de la batería biológica, aunque inferiores a los de las baterías de iones de litio tradicionales, demuestran su potencial como alternativa sostenible. Se registró una capacidad específica de 0.4 mAh g−1, una densidad de potencia máxima de aproximadamente 8.31 µW cm−2 y una densidad de energía de 0.008 Wh/L. Este enfoque evita el uso de materiales crudos críticos como el cobalto y el litio, así como componentes peligrosos para el medio ambiente, como el manganeso y los electrolitos orgánicos.
El estudio también exploró aplicaciones de la batería biológica en la estimulación de nervios, demostrando su control preciso sobre la estimulación bioeléctrica y las señales de presión arterial fisiológica al dirigirse a los nervios ciático y vago. Esta técnica de estimulación precisa tiene el potencial de desarrollar métodos novedosos para la terapia física.
El avance en el desarrollo de dispositivos bioportátiles que se presentan en este estudio amplía las fronteras de la investigación en materiales energéticos vivos diseñados. Ofrece soluciones innovadoras para el futuro desarrollo y aplicación de energías sostenibles, alineándose con las necesidades actuales de un mundo que busca alternativas más responsables y respetuosas con el medio ambiente.
Más información:
Xinyu Wang et al, 3‐D Printable Living Hydrogels as Portable Bio‐energy Devices, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202419249
