24.05.2022 - Technische Universität München

Una minicélula de combustible genera electricidad utilizando el azúcar del cuerpo

Fuente de energía de la glucosa para implantes y sensores medicinales

La glucosa es la fuente de energía más importante del cuerpo humano. Científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) quieren ahora utilizar el azúcar del cuerpo como fuente de energía para implantes medicinales. Han desarrollado una pila de combustible de glucosa que convierte el azúcar en electricidad.

Los implantes medicinales, como los sensores para medir las funciones vitales, los electrodos para la estimulación cerebral profunda en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y los marcapasos cardíacos, requieren fuentes de energía lo más fiables y pequeñas posible. Pero el tamaño de las baterías tiene límites, ya que éstas requieren un cierto volumen para poder almacenar energía.

Un equipo de investigación dirigido por Jennifer Rupp, catedrática de química de electrolitos en estado sólido de la TUM, y el Dr. Philipp Simons, del MIT, han desarrollado una pila de combustible de glucosa de sólo 400 nanómetros de grosor, una centésima parte del diámetro de un cabello humano. "En lugar de utilizar una batería, que ocupa el 90 por ciento del volumen de un implante, nuestro dispositivo puede montarse como una fina película en un chip de silicio o, quizás en el futuro, incluso en la superficie del propio implante", dice Rupp.

La cerámica sustituye al plástico

La pila de combustible de glucosa consta de un cátodo y un ánodo, así como de una capa de electrolito. La glucosa del cuerpo se convierte en ácido glucónico en el ánodo, liberando protones. El electrolito conduce estos protones a través de la pila de combustible hasta el cátodo, donde se recombinan con el aire para formar moléculas de agua. Los electrones fluyen por un circuito eléctrico externo que puede alimentar un dispositivo electrónico.

La idea de utilizar pilas de combustible de glucosa como fuente de energía no es nueva: los dispositivos anteriores utilizaban una capa de electrolito de plástico. "Como los materiales plásticos no son compatibles con los procesos de producción habituales en la industria de los semiconductores, es difícil aplicarlos a los chips de silicio, que son el estado del arte en los implantes médicos. Para ello se necesitan materiales duros", explica Simons. Otra desventaja de los electrolitos de base plástica: Los polímeros que componían el plástico se dañaban a veces al esterilizar los implantes.

Por ello, los investigadores utilizaron electrolitos cerámicos para su nueva pila de combustible. La cerámica que eligieron es fácil de miniaturizar e integrar en un chip de silicio y es biocompatible. El material también puede soportar altas temperaturas.

La mayor densidad de potencia de la historia

El equipo fabricó 150 pilas de combustible de glucosa en un chip, con cada una de ellas de sólo 400 nanómetros de grosor y unos 300 micrómetros de ancho. Los investigadores montaron con éxito las células en obleas de silicio, demostrando que los dispositivos podían combinarse con un material semiconductor convencional. A continuación, dejaron fluir una solución de glucosa sobre la oblea.

Comprobaron que muchas de las células generaban un pico de tensión de aproximadamente 80 milivoltios, suficiente para alimentar, por ejemplo, sensores y muchos otros dispositivos electrónicos para implantes. Dado el minúsculo tamaño de cada célula, se trata de la mayor densidad de potencia de cualquier diseño de célula de combustible de glucosa hasta la fecha.

"Es la primera vez que se utiliza con éxito la conducción de protones en materiales electrocerámicos para convertir la glucosa en electricidad", afirma Rupp. En un próximo paso, el equipo de investigación quiere ayudar a llevar el descubrimiento a una aplicación práctica a largo plazo.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Technische Universität München

Recommiende artículo PDF / Imprimir artículo

Compartir

Hechos, antecedentes, expedientes
  • glucosa
  • pilas de combustible
  • implantes
Más sobre TUM
  • Noticias

    De camino a la superbatería

    Un equipo de investigación dirigido por la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha analizado en profundidad el funcionamiento interno de las baterías durante su carga y descarga. Sus hallazgos pueden ayudar a optimizar los procesos de carga. Cuando un coche eléctrico se está cargando, el ind ... más

    Cuando las partículas cuánticas vuelan como abejas

    Un sistema cuántico formado por sólo 51 átomos cargados puede adoptar más de dos cuatrillones de estados diferentes. Calcular el comportamiento del sistema es un juego de niños para un simulador cuántico. Sin embargo, incluso con los superordenadores actuales es casi imposible verificar el ... más

    Iluminación brillante, estable y fácil de reciclar

    Una tecnología de iluminación de bajo coste y fácil de fabricar puede realizarse con células electroquímicas emisoras de luz. Estas células son dispositivos electrónicos e iónicos de película fina que generan luz tras aplicar un bajo voltaje. Investigadores de la Universidad Técnica de Múni ... más

Más sobre MIT