Los dispositivos electrónicos portátiles y los biosensores son excelentes herramientas para el control de la salud, pero ha sido difícil encontrar fuentes de energía convenientes para ellos. Ahora, un grupo de científicos ha desarrollado y probado con éxito una matriz de células de biocombustible portátil que genera energía eléctrica a partir del lactatoen el sudor del usuario, abriendo las puertas al control electrónico de la salud impulsado por nada más que fluidos corporales.
No se puede negar que, en las últimas décadas, la miniaturización de los dispositivos electrónicos ha dado grandes pasos. Hoy en día, después de los teléfonos inteligentes de bolsillo que podrían avergonzar a las computadoras de escritorio viejas y una plétora de opciones para la conectividad inalámbrica, existeun tipo particular de dispositivo cuyo desarrollo ha ido avanzando constantemente: biosensores portátiles. Estos pequeños dispositivos generalmente están diseñados para usarse directamente sobre la piel para medir bioseñales específicas y, al enviar mediciones de forma inalámbrica a teléfonos inteligentes o computadoras, realizar un seguimiento del usuariosalud.
Aunque los científicos de materiales han desarrollado muchos tipos de circuitos flexibles y electrodos para dispositivos portátiles, ha sido un desafío 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 yvoluminosos, mientras que las baterías más delgadas plantearían problemas de capacidad e incluso de seguridad. Pero, ¿y si fuéramos las fuentes de energía de los dispositivos portátiles?
Un equipo de científicos dirigido por el profesor asociado Isao Shitanda de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, está explorando formas eficientes de utilizar el sudor como única fuente de energía para los dispositivos electrónicos portátiles. En su estudio más reciente, publicado en la Diario de fuentes de energía , presentan un diseño novedoso para una matriz de células de biocombustible que utiliza una sustancia química en el sudor, el lactato, para generar suficiente energía para impulsar un biosensor y dispositivos de comunicación inalámbrica durante un corto tiempo. El estudio se llevó a cabo en colaboración con el Dr. SeiyaTsujimura de la Universidad de Tsukuba, el Dr. Tsutomu Mikawa de RIKEN y el Dr. Hiroyuki Matsui de la Universidad de Yamagata, todos en Japón.
Su nuevo conjunto de células de biocombustible parece una venda de papel que se puede usar, por ejemplo, en el brazo o el antebrazo. Consiste esencialmente en un sustrato de papel repelente al agua sobre el que se colocan 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 una enzima presente en los electrodos producen una corriente eléctrica, que fluye hacia un colector de corriente general hecho de una pasta de carbón conductora.
Esta no es la primera celda de biocombustible basada en lactato, pero algunas diferencias clave hacen que este nuevo diseño se destaque de las celdas de biocombustible basadas en lactato existentes. Una es el hecho de que todo el dispositivo se puede fabricar mediante serigrafía, una técnica generalmente adecuadapara una producción en masa rentable. Esto fue posible mediante la selección cuidadosa de materiales y un diseño ingenioso. Por ejemplo, mientras que las celdas anteriores similares usaban alambres de plata como caminos conductores, las celdas de biocombustible actuales emplean tinta de carbono porosa. Otra ventaja es la forma enqué lactato se entrega a las células. Las capas de papel se utilizan para recolectar el sudor y transportarlo a todas las células simultáneamente a través del efecto capilar, el mismo efecto por el cual el agua viaja rápidamente a través de una servilleta cuando entra en contacto con un charco de agua.
Estas ventajas hacen que las matrices de celdas de biocombustible exhiban una capacidad sin precedentes para suministrar energía a los circuitos electrónicos, como señala el Dr. Shitanda: "En nuestros experimentos, nuestras celdas de biocombustible basadas en papel podrían generar un voltaje de 3,66 V y una potencia de salida de 4,3mW. Hasta donde sabemos, esta potencia es significativamente mayor que la de las células de biocombustible de lactato reportadas anteriormente ". Para demostrar su aplicabilidad para biosensores portátiles y dispositivos electrónicos generales, el equipo fabricó un biosensor de lactato autoimpulsado que no solo podía alimentarutiliza lactato y mide la concentración de lactato en el sudor, pero también comunica los valores medidos en tiempo real a un teléfono inteligente a través de un dispositivo Bluetooth de baja potencia.
Como se explicó en un estudio anterior también liderado por el Dr. Shitanda, el lactato es un biomarcador importante que refleja la intensidad del ejercicio físico en tiempo real, lo cual es relevante en el entrenamiento de deportistas y pacientes en rehabilitación. Sin embargo, la célula de biocombustible propuestaLas matrices pueden alimentar no solo biosensores de lactato portátiles, sino también otros tipos de dispositivos electrónicos portátiles. "Logramos conducir un medidor de actividad disponible comercialmente durante 1,5 horas utilizando una gota de sudor artificial y nuestras células de biocombustible", explica el Dr. Shitanda, "yEsperamos que sean capaces de alimentar todo tipo de dispositivos, como relojes inteligentes y otros dispositivos portátiles comunes ".
¡Con suerte, con más desarrollos en células de biocombustible portátiles, la alimentación de dispositivos electrónicos portátiles y biosensores no será un problema!
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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