Un grupo de investigadores del Departamento de Energía del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), en Estados Unidos, han desarrollado un método para generar energía utilizando virus inofensivos, capaces de convertir la energía mecánica en electricidad. El estudio se publica esta semana en «Nature Nanotechnology».
Imagine por un instante que fuera posible ir cargando el móvil mientras camina, gracias a un pequeño generador, fino como una hoja de papel, incrustado en la suela de su zapato. ¿Imaginación? Es posible, aunque algo así está ahora un poco más cerca de la realidad. Los investigadores, en efecto, lograron crear un generador capaz de producir la corriente necesaria para iluminar una pequeña pantalla de cristal líquido, que funciona pulsando con un dedo un electrodo del tamaño de un sello de correos.
Y es ahí donde está el «truco», ya que el pulsador está recubierto por una fina capa de virus especialmente diseñados y que convierten la fuerza que aplicamos con el dedo en una carga eléctrica. Se trata del primer generador capaz de producir electricidad mediante el aprovechamiento de las propiedades piezoeléctricas de un material biológico. La piezoelectricidad es la capacidad que tiene un sólido de acumular carga eléctrica como respuesta a una tensión mecánica.
Este método podría dar lugar a la fabricación de pequeños dispositivos que produjeran energía eléctrica a partir de los movimientos habituales en cualquier tarea cotidiana, como cerrar una puerta, o subir las escaleras.
«Se necesita más investigación, pero nuestro trabajo es un primer paso hacia el desarrollo de generadores de energía personales, para su uso en nano-dispositivos, y otros mecanismos basados en la electrónica de virus», explica Seung-Wuk Lee, científico de la Universidad de Berkeley y profesor de Bioingeniería. Lee dirigió la investigación al frente de un equipo que incluye, entre otros, a Ramamoorthy Ramesh, profesor de Ciencias de los Materiales en la Universidad de Berkeley, y Byung Yang Lee, del Berkeley Lab.
El efecto piezoeléctrico fue descubierto en 1880 y, desde entonces, ha sido observado en cristales, cerámica, huesos, proteínas y ADN. También se ha llevado a la práctica: los encendedores de los cigarrillos eléctricos y los microscopios de sonda, por ejemplo, no podrían funcionar sin él. Sin embargo, los materiales utilizados para fabricar dispositivos piezoeléctricos son tóxicos, lo que hasta ahora ha limitado el uso generalizado de esta tecnología.
Lee y sus colaboradores se preguntaron si un virus, estudiado en laboratorios de todo el mundo, podía ofrecer una mejor alternativa: el bacteriófago M13, que solo ataca a las bacterias y que es, por lo tanto, inofensivo para las personas. Por supuesto, al ser un virus, se reproduce por millones en cuestión de horas, proporcionando un suministro constante. Además, este virus es fácil de manipular genéticamente.
400 milivoltios
Para conseguir el éxito, los investigadores de Berkeley tuvieron, en primer lugar, que determinar si el virus M13 era, o no, piezoeléctrico. Para ello, Ramesh y Lee aplicaron un campo eléctrico a una película de virus M13, observando lo que ocurría mediante un microscopio especial. Los investigadores vieron entonces que las proteínas helicoidales que envuelven los virus se retorcían y giraban en respuesta, una señal segura del efecto piezoeléctrico.
Los científicos mejoraron aún más el sistema apilando películas compuestas de capas individuales de virus, una encima de otra. Una pila de aproximadamente 20 capas de espesor mostró el mayor efecto piezoeléctrico. Finalmente, fabricaron un generador de virus, basado en la mencionada energía piezoeléctrica. Así, crearon las condiciones para que los virus modificados genéticamente se organizaran de forma espontánea en una película de capas múltiples, que se intercaló después entre dos electrodos revestidos de oro, conectados por cables a una pantalla de cristal líquido.
Cuando se aplicó presión sobre el generador, éste produjo un máximo de 6 nanoamperios de corriente, y 400 milivoltios de potencial. «Ahora estamos intentando mejorar esta técnica», afirma Lee, quien concluye que, «debido a que las herramientas de la biotecnología permiten la producción a gran escala de virus modificados genéticamente, los materiales piezoeléctricos basados en virus podrían ofrecer una ruta sencilla hacia la microelectrónica del futuro».
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