Roberta De Carolis La prima “batteria al sangue” è realtà: un team di scienziati guidati dall’Università di Cordoba (Spagna) ha sviluppato il primo prototipo al mondo di batteria alimentata dall’emoglobina, che svolge in particolare il ruolo di catalizzatore della reazione elettrochimica. Il dispositivo funziona per circa 20-30 giorni e potrebbe avere importanti applicazioni in campo medico
©Università di Cordoba
Un gruppo di ricerca guidato dall’Università di Cordoba (Spagna) ha sviluppato il primo prototipo al mondo di “batteria al sangue”, ovvero alimentata dall’emoglobina, che nel caso specifico il ruolo di catalizzatore della reazione elettrochimica. Il dispositivo funziona per circa 20-30 giorni e potrebbe avere importanti applicazioni in campo medico.
L’emoglobina è una proteina presente nei globuli rossi ed è responsabile del trasporto dell’ossigeno dai polmoni ai diversi tessuti del corpo e per questo ha un’altissima affinità chimica con la molecola chiave per la vita.
Per questo i ricercatori hanno indagato la possibilità che la stessa molecola potesse svolgere anche un ruolo chiave anche per un tipo di dispositivo elettrochimico dove lo stesso ossigeno è fondamentale, come le batterie zinco-aria sulle quali la ricerca sta ultimamente investendo.
Ed in effetti i risultati si sono dimostrati promettenti: gli scienziati hanno infatti verificato che l’emoglobina svolge un’efficace azione nel processo di ossidoriduzione (trasferimento di elettroni) mediante il quale viene generata energia in questo tipo di sistemi. Così il team è riuscito a sviluppare il primo prototipo di batteria biocompatibile utilizzando l’emoglobina nella reazione elettrochimica che trasforma l’energia chimica in energia elettrica.
L’emoglobina, in particolare, è un catalizzatore della reazione, ovvero un “facilitatore” che rende la reazione più veloce: quando l’aria entra nella batteria, l’ossigeno si riduce e lo zinco. Questa reazione, dovuta a un trasferimento di elettroni, viene facilitata proprio dall’emoglobina che, come nel corpo, “trasporta” l’ossigeno rendendo il processo più rapido.
Per essere un buon catalizzatore nella reazione di riduzione dell’ossigeno (ovvero il processo con cui l’ossigeno acquista elettroni, N.d.R.), il catalizzatore deve avere due proprietà – spiega Manuel Cano Luna, che ha guidato la ricerca – Deve assorbire rapidamente le molecole di ossigeno e formare molecole d’acqua con relativa facilità. E l’emoglobina soddisfa questi requisiti
Infatti, attraverso questo processo, il team è riuscito a far funzionare il prototipo di batteria biocompatibile con 0,165 milligrammi di emoglobina per un periodo compreso tra 20 e 30 giorni.
©Università di Cordoba
Oltre alle ottime prestazioni, il prototipo di batteria sviluppato ha mostrato anche altri vantaggi. Innanzitutto, le batterie zinco-aria sono più sostenibili e possono resistere a condizioni atmosferiche avverse, a differenza di altre batterie che soffrono di umidità e richiedono un’atmosfera inerte per la loro fabbricazione.
Inoltre, l’uso dell’emoglobina come catalizzatore biocompatibile è molto promettente per le applicazioni in dispositivi integrati nel corpo umano come i pacemaker. La batteria, infatti, funziona a pH 7,4 simile a quello del sangue. Inoltre, poiché la molecola è presente in quasi tutti i mammiferi, si potrebbero teoricamente utilizzare anche proteine di origine animale.
Naturalmente questo è solo un primo prototipo con diversi margini di miglioramento, soprattutto perché si tratta di una batteria primaria, quindi scarica solo energia elettrica, e poi perchè non è ricaricabile.
Per questo i ricercatori stanno cercando un’altra proteina biologica in grado di trasformare l’acqua in ossigeno e, quindi, ricaricare la batteria. Inoltre, le batterie funzionerebbero solo in presenza di ossigeno, quindi non potrebbero essere utilizzate nello spazio.
Il lavoro è stato pubblicato su Energy & Fuels.
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Fonti: Università di Cordoba / Energy & Fuels
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