Un microsupercondensador del tamaño de una mota de polvo que tiene el mismo voltaje que una pila AAA
Combinando la electrónica miniaturizada con una fabricación inspirada en el origami, científicos alemanes han desarrollado lo que dicen que es el microsupercondensador más pequeño que existe. Más pequeño que una mota de polvo pero con un voltaje similar al de una pila AAA, el innovador dispositivo de almacenamiento de energía no sólo es seguro para su uso en el cuerpo humano, sino que aprovecha los ingredientes clave de la sangre para potenciar su rendimiento.
Los científicos que están detrás del nuevo dispositivo trabajan en el ámbito de los nano-supercondensadores (nBSC), que son condensadores convencionales pero a escala submilimétrica.
El desarrollo de este tipo de dispositivos es bastante complejo, pero los investigadores pretendían crear uno que pudiera funcionar de forma segura en el cuerpo humano para alimentar diminutos sensores e implantes, lo que requiere cambiar los materiales problemáticos y los electrolitos corrosivos por otros biocompatibles.
Estos dispositivos se conocen como biosupercondensadores y los más pequeños desarrollados hasta la fecha superan los 3 mm3, pero los científicos han dado un gran paso adelante en cuanto a lo diminutos que pueden ser los biosupercondensadores. La construcción comienza con una pila de capas poliméricas que se intercalan con un material fotorresistente sensible a la luz que actúa como colector de corriente, una membrana separadora y electrodos hechos de un polímero biocompatible conductor de la electricidad llamado PEDOT:PSS.
Esta pila se coloca en una superficie delgada como una oblea que se somete a una gran tensión mecánica, lo que hace que las distintas capas se desprendan de forma muy controlada y se plieguen al estilo origami para formar un nanobiosupercondensador con un volumen de 0,001 mm3, que ocupa menos espacio que una mota de polvo.
Estos biosupercondensadores tubulares son, por tanto, 3.000 veces más pequeños que los desarrollados anteriormente, pero con un voltaje aproximadamente igual al de una pila AAA (aunque con un flujo de corriente real muy inferior).
Estos diminutos dispositivos se introdujeron en solución salina, plasma sanguíneo y sangre, donde demostraron su capacidad para almacenar energía. El biosupercondensador resultó especialmente eficaz en la sangre, donde conservó hasta el 70% de su capacidad tras 16 horas de funcionamiento.
Otra razón por la que la sangre puede ser un lugar adecuado para el biosupercondensador del equipo es que el dispositivo funciona con las reacciones enzimáticas redox inherentes y las células vivas de la solución para sobrealimentar sus propias reacciones de almacenamiento de carga, aumentando su rendimiento en un 40%.
El equipo también sometió el dispositivo a las fuerzas que podría experimentar en los vasos sanguíneos, donde el flujo y la presión fluctúan, colocándolo en canales microfluídicos, algo así como las pruebas de túnel de viento para la aerodinámica, donde resistió bien. También utilizaron tres de los dispositivos encadenados para alimentar con éxito un diminuto sensor de pH, que podría colocarse en los vasos sanguíneos para medir el pH y detectar anomalías que podrían ser indicativas de enfermedad, como el crecimiento de un tumor.
Es muy alentador ver cómo la microelectrónica nueva, extremadamente flexible y adaptable, se está introduciendo en el mundo miniaturizado de los sistemas biológicos.
Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, jefe del grupo de investigación.
Más información: www.nature.com
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