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lunes, febrero 6, 2023

Biodesechos de pescado, recolectores piezoeléctricos de energía

La premisa básica detrás del trabajo de los investigadores de la Universidad de Jadavpur es que las escamas de pescado contienen fibras de colágeno que poseen una propiedad piezoeléctrica

 Investigadores de la India exploran el reciclaje de desechos biológicos de la enorme cantidad de pescado que se consume en su país, para convertirlos en recolectores pizoeléctricos.

   La premisa básica detrás del trabajo de los investigadores de la Universidad de Jadavpur es que 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 un esfuerzo mecánico. Como informa el equipo esta semana en un artículo en ‘Applied Physics Letters’, se aprovechó esta propiedad para fabricar un nano-generador bio-piezoeléctrico.

   Para ello, los investigadores primero recogieron «biorresiduos en forma de escamas de pescado crudo duros de un mercado de procesamiento de pescado y luego utilizaron un proceso de desmineralización para que fueran transparentes y flexibles», explica Dipankar Mandal, profesor asistente del Laboratorio de Instrumentos Orgánicos Nano-piezoeléctricos del Departamento de Física, en la Universidad de Jadavpur.

   Los colágenos dentro de las escamas de pescado procesadas sirven como un elemento piezoeléctrico activo. «Hemos sido capaces de hacer un colector de energía nano-generadora también denominado bio-piezoeléctrico con electrodos en ambos lados, y luego laminarlo», explica Mandal.

   Aunque se sabe bien que una sola nanofibra de colágeno exhibe piezoelectricidad, hasta ahora nadie había intentado centrarse en la organización jerárquica de las nanofibras de colágeno dentro de las escamas de peces naturales.

PIEZOELECTRICIDAD DE ESCAMAS ALINEADAS Y AUTOENSAMBLADAS

   «Quisimos conocer lo que ocurre con el rendimiento piezoeléctrico cuando un grupo de nanofibras de colágeno están jerárquicamente bien alineadas y auto-ensambladas en las escamas de los peces -agrega–. Y descubrimos que la piezoelectricidad del colágeno de las escamas de pescado es bastante grande (* 5 pC / N), lo que hemos sido capaces de confirmar a través de la medición directa».

   El trabajo del equipo es una demostración del efecto directo piezoeléctrico de las escamas de pescado a partir de la electricidad generada por un nano-generador bio-piezoeléctrico bajo estímulos mecánicos sin necesidad de ningún tratamiento de polarización post-eléctrico. «Somos muy conscientes de las desventajas de los tratamientos post-procesamiento de los materiales piezoeléctricos», señala Mandal.

   Para explorar los fenómenos de auto-alineación del colágeno de las escamas de pescado, los investigadores utilizaron espectroscopia de estructura fina cerca del borde absorción de rayos X en el Centro Raja Ramanna de Tecnología Avanzada en Indore, India.

   Las pruebas experimentales y teóricas ayudaron a clarificar el rendimiento de captación de energía del nano-generador bio-piezoeléctrico. Es capaz de hurgar en varios tipos de energías ambientales mecánicas, incluyendo los movimientos del cuerpo, vibraciones de máquinas y del sonido y el flujo del viento. Incluso tocando repetidamente el nano-generador bio-piezoeléctrico con un dedo se puede convertir en más de 50 LEDs azules.

UN FUTURO USO EN MARCAPASOS CARDIACOS

   «Esperamos que nuestro trabajo impacte en gran medida en el campo de la electrónica flexible con alimentación propia –augura Mandal–. Hasta la fecha, a pesar de varios esfuerzos extraordinarios, nadie ha sido capaz de hacer un colector de energía biodegradable en un proceso de un solo paso rentable».

    El trabajo del grupo podría potencialmente emplearse en electrónica transparente, electrónica biocompatible y biodegradable, electrónica de comestibles, dispositivos médicos implantables con alimentación propia, cirugías, monitorización de la salud con dispositivos electrónicos, así como diagnósticos in vitro e in vivo, además de sus innumerables usos para dispositivos electrónicos portátiles.

   «En el futuro, nuestro objetivo es la implantación de un nano-generador bio-piezoeléctrico en un corazón para los dispositivos de marcapasos, donde se generará de forma continua alimentación para los latidos del corazón para el funcionamiento del dispositivo -explica Mandal–. Entonces se degradarán cuando ya no sean necesarios. Dado que el tejido del corazón también se compone de colágeno, se espera que nuestro nanogenerador bio-piezoeléctrico sea muy compatible con el corazón «.

   El nanogenerador bio-piezoeléctrico del grupo también puede ayudar en la administración dirigida de fármacos, que está generando actualmente interés como una manera de recuperar células de cáncer in vivo y también para estimular diferentes tipos de tejidos dañados.

   «Esperamos que nuestro trabajo tenga una importancia enorme para los dispositivos médicos implantables de próxima generación. Nuestro objetivo final es diseñar sofisticados compuestos electrónicos ingeribles a raíz de materiales no tóxicos que sean útiles para una amplia gama de aplicaciones de diagnóstico y terapéuticas», concluye Mandal.

ep

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