En India se consumen grandes cantidades de pescado diariamente, lo que genera una gran cantidad de materiales de "desechos biológicos" de peces. En un intento por hacer algo positivo con estos desechos biológicos, un equipo de investigadores de la Universidad de Jadavpur en Koltata, India, exploróreciclar los subproductos de pescado en una cosechadora de energía para electrónica autoalimentada.
La premisa básica del trabajo de los investigadores es simple: las escamas de pescado contienen fibras de colágeno que poseen una propiedad piezoeléctrica, lo que significa que se genera una carga eléctrica en respuesta a la aplicación de una tensión mecánica. Como informa el equipo esta semana letras de física aplicada , de AIP Publishing, pudieron aprovechar esta propiedad para fabricar un nanogenerador bio-piezoeléctrico.
Para hacer esto, los investigadores primero "recolectaron desechos biológicos en forma de escamas de pescado crudo y duro de un mercado de procesamiento de pescado, y luego usaron un proceso de desmineralización para hacerlos transparentes y flexibles", explicó Dipankar Mandal, profesor asistente, Organic Nano-Piezoelectric Device Laboratory, Departamento de Física, en la Universidad de Jadavpur.
Los colágenos dentro de las escamas de pescado procesadas sirven como un elemento piezoeléctrico activo.
"Pudimos hacer un nanogenerador bio-piezoeléctrico, también conocido como recolector de energía, con electrodos en ambos lados y luego laminarlo", dijo Mandal.
Si bien es bien sabido que una sola nanofibra de colágeno exhibe piezoelectricidad, hasta ahora nadie había intentado centrarse en la organización jerárquica de las nanofibrillas de colágeno dentro de las escamas de peces naturales.
"Queríamos explorar qué sucede con el rendimiento piezoeléctrico cuando un montón de nanofibrillas de colágeno están jerárquicamente bien alineadas y autoensambladas en las escamas de pescado", agregó. "Y descubrimos que la piezoelectricidad del colágeno de escamas de pescado es bastantegrande ~ 5 pC / N, que pudimos confirmar mediante medición directa ".
Más allá de eso, el bucle de histéresis de campo eléctrico de polarización y el bucle de histéresis de campo eléctrico de deformación resultante - prueba de un efecto piezoeléctrico inverso - causado por el efecto de electroestricción "no lineal" respaldaron sus hallazgos.
El trabajo del equipo es la primera demostración conocida del efecto piezoeléctrico directo de las escamas de pescado a partir de la electricidad generada por un nanogenerador bio-piezoeléctrico bajo estímulos mecánicos, sin la necesidad de ningún tratamiento de poling post-eléctrico.
"Somos conscientes de las desventajas de los tratamientos posteriores al procesamiento de materiales piezoeléctricos", señaló Mandal.
Para explorar los fenómenos de autoalineación del colágeno de la escama de pez, los investigadores utilizaron espectroscopía de estructura fina de absorción de rayos X cerca del borde, medida en el Centro Raja Ramanna de Tecnología Avanzada en Indore, India.
Las pruebas experimentales y teóricas los ayudaron a aclarar el rendimiento de eliminación de energía del nanogenerador bio-piezoeléctrico. Es capaz de eliminar varios tipos de energías mecánicas ambientales, incluidos los movimientos del cuerpo, las vibraciones de la máquina y el sonido, y el flujo del viento. Incluso tocar repetidamente el bio-Nanogenerador piezoeléctrico con un dedo puede encender más de 50 LED azules.
"Esperamos que nuestro trabajo tenga un gran impacto en el campo de la electrónica flexible autoalimentada", dijo Mandal. "Hasta la fecha, a pesar de varios esfuerzos extraordinarios, nadie más ha podido fabricar una cosechadora de energía biodegradable de manera rentable,proceso de un solo paso "
El trabajo del grupo podría ser para uso en electrónica transparente, electrónica biocompatible y biodegradable, electrónica comestible, dispositivos médicos implantables autoalimentados, cirugías, monitoreo de atención médica electrónica, así como diagnósticos in vitro e in vivo, además de su miríada deusos para electrónica portátil.
"En el futuro, nuestro objetivo es implantar un nanogenerador bio-piezoeléctrico en un corazón para dispositivos marcapasos, donde generará continuamente energía a partir de los latidos del corazón para el funcionamiento del dispositivo", dijo Mandal. "Luego se degradará cuando ya no sea necesario. Dado que el tejido cardíaco también está compuesto de colágeno, se espera que nuestro nanogenerador bio-piezoeléctrico sea muy compatible con el corazón ".
El nanogenerador bio-piezoeléctrico del grupo también puede ayudar con la administración dirigida de medicamentos, lo que actualmente está generando interés como una forma de recuperar células cancerosas in vivo y también para estimular diferentes tipos de tejidos dañados.
"Así que esperamos que nuestro trabajo tenga una enorme importancia para los dispositivos médicos implantables de próxima generación", agregó.
"Nuestro objetivo final es diseñar e diseñar electrónica sofisticada ingerible compuesta de materiales no tóxicos que sean útiles para una amplia gama de aplicaciones de diagnóstico y terapéuticas", dijo Mandal.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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