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Un nuevo enfoque es un primer paso prometedor hacia el desarrollo de pequeños dispositivos que capten energía eléctrica de las tareas cotidianas. Imagínate cargar el teléfono mientras caminas, gracias a un generador de papel delgado incrustado en la suela del zapato. Este escenario futurista es ahora un poco más real. Científicos  del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab)  del Departamento de Energía de EE.UU. han desarrollado un método para generar energía utilizando virus inofensivos que convierten la energía mecánica en electricidad.

Los científicos probaron su enfoque mediante la creación de un generador que produce la corriente necesaria para operar una pequeña pantalla de cristal líquido. Funciona pulsando con un dedo en un electrodo del tamaño de un sello de correos  revestido con virus especialmente diseñados. Los virus convierten la fuerza en una carga eléctrica.

El generador es el primero en producir electricidad mediante el aprovechamiento de las propiedades piezoeléctricas de un material biológico. Piezoelectricidad es la acumulación de una carga en un sólido en respuesta a una tensión mecánica.

El hito podría dar lugar a pequeños dispositivos que recolectan energía eléctrica a partir de las vibraciones de las tareas cotidianas, como el cierre de una puerta o subir escaleras.

También apunta a una forma más sencilla de hacer los dispositivos microelectrónicos. Eso es porque los virus se organizan en una película ordenada que permite que el generador funcione. El autoensamblaje es una gran meta perseguida en el  meticuloso mundo de la nanotecnología.

Los científicos describen su trabajo en una publicación adelantada en internet el 13 de mayo, de la revista Nature Nanotechnology.

«Se necesita más investigación, pero nuestro trabajo es un primer paso prometedor hacia el desarrollo de generadores de energía personales, actuadores para su uso en nanodispositivos, y otros dispositivos basados en electrónica de virus», dice Seung-Wuk Lee, un científico de la División de Física del Laboratorio de Biociencias de la Universidad de Berkeley y profesor asociado de bioingeniería.

Él condujo la investigación con un equipo que incluye Ramamoorthy Ramesh, un científico de materiales del laboratorio de Berkeley División de Ciencias y profesor de ciencias de los materiales, la ingeniería y la física en UC Berkeley, y Yang Lee Byung de la División de Física del Laboratorio Berkeley Biociencias.

El efecto piezoeléctrico fue descubierto en 1880 y desde entonces ha sido encontrado en los cristales, cerámica, huesos, proteínas y ADN. También se ha puesto en uso en encendedores de cigarrillos eléctricos y los  microscopios de sonda no podría funcionar sin él, para nombrar unas pocas aplicaciones.

Sin embargo, los materiales utilizados para fabricar dispositivos piezoeléctricos son tóxicos y muy difícil de trabajar, lo que limita el uso generalizado de esta tecnología.

Lee y sus colegas se preguntaban si un virus estudiado en los laboratorios de todo el mundo ofrece una mejor forma. El bacteriófago M13 sólo ataca a las bacterias y es benigno para las personas. Al ser un virus, se reproduce por millones en cuestión de horas, así que siempre hay un suministro constante. Es fácil de manipular genéticamente. Y un gran número de los virus en forma de varilla, naturalmente, se orientan bien ordenados en películas, tanto como la forma en que los palillos se alinean en una caja.

Estos son los rasgos que los científicos buscan en un nanobloque de construcción. Sin embargo, los investigadores de Berkeley Lab primero tenía que determinar si el virus M13 es piezoeléctrico. Lee acudió a Ramesh, un experto en el estudio de las propiedades eléctricas de películas delgadas a nanoescala. Aplicó un campo eléctrico a una película de virus M13 y vio lo que pasó en un microscopio especial. Proteínas helicoidales que envuelven los virus se retorcían y giraban en respuesta, una señal segura del efecto piezoeléctrico en el trabajo.

Los científicos precisan una mayor fuerza piezoeléctricos del virus. Se utiliza ingeniería genética para añadir cuatro  residuos de aminoácidos cargados negativamente a un extremo de las proteínas helicoidales que recubren el virus.Estos residuos aumentan la diferencia de carga entre los extremos de las proteínas positivas y negativas, lo que aumenta la tensión del virus.

Los científicos han mejorado aún más el sistema por el apilamiento de películas compuestas de capas individuales del virus una encima del otro. Se encontró que una pila de aproximadamente 20 capas de espesor mostraba el efecto piezoeléctrico más fuerte.

Lo único que quedaba por hacer era una prueba de demostración, así que los científicos fabricaron un generador de virus basada en energía piezoeléctrica. Ellos crearon las condiciones para los virus modificados genéticamente para organizar de forma espontánea en una película de capas múltiples que mide aproximadamente un centímetro cuadrado. Esta película se intercaló entonces entre dos electrodos revestidos de oro, que estaban conectados por cables a una pantalla de cristal líquido.

Cuando se aplica presión en el generador, que produce un máximo de seis nanoamperios de corriente y 400 milivoltios de potencial. Eso es suficiente corriente para parpadear el número «1» en la pantalla, y aproximadamente una cuarta parte de la tensión de una  batería triple A .

«Ahora estamos trabajando en maneras de mejorar en esta demostración de la prueba de principio», dice Lee. «Debido a que las herramientas de la biotecnología permitirán a gran escala la producción de virus modificados genéticamente, los materiales piezoeléctricos sobre la base de los virus podrían ofrecer una ruta sencilla a una nueva microelectrónica en el futuro.»

Fuente: EurekAlert!