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Biobaterías que usan DNA, cómo descomponer compuestos orgánicos con mayor eficiencia

Un equipo de investigación internacional está ensayando una batería biológica a través de un nuevo enfoque: el uso de DNA

La baterías biológicas capturan la energía que se libera en procesos biológicos, como la degradación de la glucosa por la acción de catalizadores biológicos o enzimas. La cascada de electrones que se produce en este sistema natural por oxidación de un compuesto puede ser almacenada de manera de lograr la creación de una biobatería.

La viabilidad de una batería biológica generalmente depende de una buena difusión entre los diferentes pasos en la cascada, con el subproducto de una enzima pasando de manera eficiente a la siguiente enzima en la cadena. Esas enzimas deben estar inmovilizadas para mantenerlas en funcionamiento durante mucho tiempo. También es fundamental el contacto real con el electrodo ya que los electrones deben salir del sistema de la batería e ingresar al dispositivo electrónico a través del cátodo de la batería.

Una asociación entre la empresa de biotecnología británica Touchlight Genetics y el Minteer Research Group de la University of Utah está adoptando un nuevo enfoque para las baterías biológicas con DNA. El equipo consideró el uso de DNA para inmovilizar enzimas en grandes cantidades y que fuera biocompatible.

El DNA resultó apropiado debido a su estructura de doble hélice que se une a las enzimas y está naturalmente en forma de hidrogel. que es lo suficientemente sólido para inmovilizar las enzimas y lo suficientemente líquido para que moléculas y electrones más pequeños puedan moverse a través de él. El hidrogel se fija in situ, por lo que actúa como un andamio para las enzimas y es completamente firme contra el electrodo. Para hacer que la cascada sea más eficiente, utilizaron una enzima que puede catalizar otras reacciones además de su reacción principal.

Además de la eficiencia, la batería biológica basada en DNA ofrece varias ventajas sobre las pilas de combustible convencionales y las baterías de iones de litio. Debido a que constan de DNA, enzimas, lactato, proteínas y agua, y con su carcasa hecha de materiales biodegradables, las baterías biológicas basadas en DNA son biodegradables y menos tóxicas y peligrosas. También tienen el potencial de ser renovables. Además, las baterías biológicas podrían mantener una carga durante más tiempo, lo que reduciría los costos de energía de la carga y abordaría algunos de los problemas del ciclo de vida asociados con las baterías actuales.

El DNA permite poner más catalizadores para hacer que las densidades actuales sean más altas y la cascada de enzimas es lo que nos ayuda a elevar las densidades de energía. La batería biológica tiene altas densidades tanto de corriente como de energía.

Una posible aplicación es la deshidratación de baterías biológicas para su almacenamiento a largo plazo. Esto sería especialmente útil para los miembros del servicio militar sobre el terreno o como fuente de energía temporal en zonas de desastre. Las biobaterías también podrían servir como fuentes de energía para dispositivos más portátiles, como teléfonos inteligentes y dispositivos portátiles. El equipo espera obtener altas densidades de corriente y energía para su batería biológica basada en DNA.

El proyecto está cofinanciado por la Office of Naval Research del United States Department of the Navy de EE. UU. y el Defence Science and Technology Laboratory del Reino Unido. El proyecto de baterías biológicas basadas en DNA aún se encuentra en la etapa de prueba de concepto, y podría llevar entre cinco y diez años desde el prototipo y las pruebas hasta la producción y la adopción.


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