Испанские и аргентинские специалисты придумали компонент для энергообеспечения, в котором в качестве проводника электрохимических процессов применяется гемоглобин. Подобное электропитание функционирует в течение нескольких недель, его возможно использовать в имплантируемых устройствах.
Гемоглобин — протеин, который содержится в клетках крови (эритроцитах) и выполняет важную функцию в организме: транспортирует кислород из легких к тканям и отвозит обратно углекислый газ в легкие. Некоторые исследователи долго утверждали, что из-за характеристик гемоглобин подходит для создания электрохимических устройств, где кислород играет ключевую роль.
В 2017 году ученые из Оксфордского университета (Великобритания) провели серию экспериментов с гемоглобином и обнаружили, что он хорошо подходит для окислительно-восстановительных процессов, посредством которых химическая энергия превращается в электрическую.
Тогда несколько специалистов выдвинули гипотезу о том, что этот важный протеин может быть использован для создания аэроцинковых элементов питания. В процессе работы подобные источники питания используют кислород из воздуха в качестве катода и цинковый порошок в качестве анода.
Группа ученых из Национального университета в Кордове (Аргентина) и Политехнического университета в Картахене (Испания) пыталась воплотить эту концепцию в реальность. У них это получилось. Химики создали первую биосовместимую аэроцинковую батарею, где гемоглобин участвует в электрохимической реакции, превращающей химическую энергию в электрическую. Отметим, что устройство безопасно для здоровья. Результаты исследования опубликованы в журнале Energy & Fuels.
В такой батарее белок крови выполняет роль катализатора, он стимулирует реакцию восстановления кислорода, которая является важным процессом в электрохимических системах для преобразования и хранения энергии. Во время этой реакции после поступления воздуха в батарею кислород участвует в реакции, в результате которой образуется вода. Затем выделяются электроны, которые переходят к цинковому аноду, где происходит реакция окисления цинка.
Для эффективной работы катализатора важно, чтобы он мог быстро ассоциироваться с молекулами кислорода и легко образовывать молекулы воды. Гемоглобин отвечает этим условиям в полной мере, пояснил Мануэль Луна, один из ученых, участвовавших в исследовании.
По словам Луны, экспериментальный образец батареи, созданный его группой, работал на 0,165 миллиграмма гемоглобина в течение 20-30 дней. Эти элементы питания более устойчивы к неблагоприятным условиям окружающей среды по сравнению с другими аккумуляторами, что позволяет безопасно использовать их в кардиостимуляторах и других имплантируемых устройствах.
Исследователи отметили, что главный недостаток их разработки заключается в невозможности их зарядки. Для решения этой проблемы необходимо обнаружить другой биологический протеин, который сможет превращать воду обратно в кислород, над этим в настоящее время работают ученые. Это устройство возможно использовать только в кислородной среде, в космосе оно будет неэффективным.