Pantalla que se ilumina con la presión de un dedo. Imagen: Berkeley Lab.
Científicos del Departamento de Energía del Berkeley Lab de Estados Unidos han desarrollado un método para generar energía utilizando virus inofensivos que convierten la energía mecánica en electricidad, según informa el citado laboratorio en un comunicado. Los resultados de esta investigación se han publicado en la revista Nature Nanotechnology.
Los científicos crearon un generador que produce la corriente necesaria para iluminar una pequeña pantalla de cristal líquido, que funciona pulsando digitalmente un electrodo del tamaño de un sello de correos, revestido con virus especialmente diseñados que convierten la fuerza aplicada con el dedo en carga eléctrica.
Este generador es el primero en producir electricidad mediante el aprovechamiento de las propiedades piezoeléctricas de un material biológico.
La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar") es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie.
Este método podría dar lugar a pequeños dispositivos que cosecharan energía eléctrica a partir de las vibraciones de las tareas cotidianas -como cerrar una puerta, o subir escaleras. Además, también sugiere una forma más sencilla de crear dispositivos microelectrónicos.
"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.
El efecto piezoeléctrico fue descubierto en 1880 y, desde entonces, ha sido observado en cristales, cerámica, huesos, proteínas y ADN. Los encendedores de los cigarrillos eléctricos y los microscopios de sonda de barrido, por ejemplo, no podrían funcionar sin él. Sin embargo, los materiales utilizados para fabricar dispositivos piezoeléctricos son tóxicos, lo que limita el uso generalizado de esta tecnología.
Los científicos crearon un generador que produce la corriente necesaria para iluminar una pequeña pantalla de cristal líquido, que funciona pulsando digitalmente un electrodo del tamaño de un sello de correos, revestido con virus especialmente diseñados que convierten la fuerza aplicada con el dedo en carga eléctrica.
Este generador es el primero en producir electricidad mediante el aprovechamiento de las propiedades piezoeléctricas de un material biológico.
La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar") es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie.
Este método podría dar lugar a pequeños dispositivos que cosecharan energía eléctrica a partir de las vibraciones de las tareas cotidianas -como cerrar una puerta, o subir escaleras. Además, también sugiere una forma más sencilla de crear dispositivos microelectrónicos.
"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.
El efecto piezoeléctrico fue descubierto en 1880 y, desde entonces, ha sido observado en cristales, cerámica, huesos, proteínas y ADN. Los encendedores de los cigarrillos eléctricos y los microscopios de sonda de barrido, por ejemplo, no podrían funcionar sin él. Sin embargo, los materiales utilizados para fabricar dispositivos piezoeléctricos son tóxicos, lo que limita el uso generalizado de esta tecnología.
Bacteriófago M13
Los artífices de esta investigación se preguntaron si un virus, estudiado en laboratorios de todo el mundo, ofrecía una mejor alternativa. Pensaron en el bacteriófago M13, que sólo ataca a las bacterias y es inocuo para las personas y, al ser un virus, se reproduce por millones en cuestión de horas, proporcionando un suministro constante. Además, este virus es fácil de manipular genéticamente.
Sin embargo, los investigadores de Berkeley primero tenían que determinar si el virus M13 es piezoeléctrico. Para ello, 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, hasta crear una pila de, aproximadamente, 20 capas de espesor, observando que mostraba mayor efecto piezoeléctrico.
Finalmente, los científicos fabricaron un generador de virus basado en la energía piezoeléctrica. Así, crearon las condiciones para que los virus modificados genéticamente se organizaran de forma espontánea en una película de capas múltiples. Finalmente, esta película se intercaló entre dos electrodos revestidos de oro, conectados por cables a una pantalla de cristal líquido.
Cuando se aplicó presión en el generador, éste produjo un máximo de 6 nanoamperios de corriente, y 400 milivoltios (1 milivoltio es la milèsima parte de un voltio) de potencial. "Ahora estamos intentando mejorar esta técnica", afirman los investigadores, añadiendo 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".
Los artífices de esta investigación se preguntaron si un virus, estudiado en laboratorios de todo el mundo, ofrecía una mejor alternativa. Pensaron en el bacteriófago M13, que sólo ataca a las bacterias y es inocuo para las personas y, al ser un virus, se reproduce por millones en cuestión de horas, proporcionando un suministro constante. Además, este virus es fácil de manipular genéticamente.
Sin embargo, los investigadores de Berkeley primero tenían que determinar si el virus M13 es piezoeléctrico. Para ello, 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, hasta crear una pila de, aproximadamente, 20 capas de espesor, observando que mostraba mayor efecto piezoeléctrico.
Finalmente, los científicos fabricaron un generador de virus basado en la energía piezoeléctrica. Así, crearon las condiciones para que los virus modificados genéticamente se organizaran de forma espontánea en una película de capas múltiples. Finalmente, esta película se intercaló entre dos electrodos revestidos de oro, conectados por cables a una pantalla de cristal líquido.
Cuando se aplicó presión en el generador, éste produjo un máximo de 6 nanoamperios de corriente, y 400 milivoltios (1 milivoltio es la milèsima parte de un voltio) de potencial. "Ahora estamos intentando mejorar esta técnica", afirman los investigadores, añadiendo 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".
Referencia
Byung Yang Lee, Jinxing Zhang, Chris Zueger, Woo-Jae Chung, So Young Yoo, Eddie Wang, Joel Meyer, Ramamoorthy Ramesh & Seung-Wuk Lee, Virus-based piezoelectric energy generation Nature Nanotechnology (2012) doi:10.1038/nnano.2012.69.
Byung Yang Lee, Jinxing Zhang, Chris Zueger, Woo-Jae Chung, So Young Yoo, Eddie Wang, Joel Meyer, Ramamoorthy Ramesh & Seung-Wuk Lee, Virus-based piezoelectric energy generation Nature Nanotechnology (2012) doi:10.1038/nnano.2012.69.