octubre 18, 2021

Bacterias del cable: cables eléctricos vivos con conductividad récord

Bacterias del cable que se alimentan con electricidad y son capaces de enviar corrientes eléctricas a largas distancias a través de líneas de alta conductividad. Casi suena a la forma en que cargamos nuestros televisores y refrigeradores, y puede parecer difícil de creer, pero es un descubrimiento reciente de un equipo de científicos de la Universidad de Amberes (Bélgica), la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) y la Universidad. de Hasselt (Bélgica). 

Las bacterias de un centímetro de largo del fondo marino contienen una red de fibra conductora que funciona de manera comparable al cableado de cobre que usamos para transportar electricidad. Las fibras altamente conductoras permiten una interfaz completamente nueva entre la biología y la electrónica, proporcionando una perspectiva de nuevos materiales y tecnología.

Las bacterias de un centímetro de largo del fondo marino contienen una red de fibra conductora que funciona de manera comparable al cableado de cobre que usamos para transportar electricidad

Bacterias del cable, electricidad microbiana

Un nuevo estudio muestra que las bacterias del lecho marino produjeron este tipo de redes eléctricas mucho antes que los humanos.

Las bacterias del cable son microorganismos de un centímetro de largo que constan de miles de células seguidas. «Estas bacterias multicelulares se descubrieron hace solo unos años y ya sabíamos que estaban haciendo algo excepcional», explica el líder del equipo, el profesor Filip Meysman (Universidad de Amberes). 

Investigaciones detalladas mostraron que las corrientes eléctricas deben estar atravesando el lecho marino, y todos los datos sugirieron que las bacterias del cable estaban generando y conduciendo estas corrientes. Tal metabolismo basado en la electricidad le daría al cable una gran ventaja, pudiendo recolectar energía de capas más profundas dentro del lecho marino ‘. Aunque era una idea tentadora, no había ninguna prueba directa de que las bacterias del cable fueran realmente conductoras.

El nuevo estudio del equipo multidisciplinario de biólogos, químicos y físicos ahora resuelve este enigma. Los científicos inventaron un procedimiento para extraer un solo filamento bacteriano del lecho marino y unieron este filamento delgado (50 veces más delgado que un cabello humano) a una configuración hecha a medida con electrodos diminutos. «Nos costó un gran esfuerzo conectar las bacterias», explica el profesor Herre van der Zant, físico de la Universidad Tecnológica de Delft. Pero cuando finalmente lo logramos, los resultados fueron desconcertantes. Vimos que había una gran corriente atravesando esta delgada bacteria cable ‘. 

Líneas eléctricas bacterianas

Luego, el equipo afinó aún más su procedimiento de manejo de las bacterias y, en un momento, pudo mostrar las corrientes en un filamento de más de 1 cm de largo. «Esto amplía la escala de longitud conocida del transporte biológico de electrones en órdenes de magnitud e implica que las bacterias del cable han encontrado un mecanismo para transportar cargas de manera eficiente a distancias de una escala de centímetros», dice el profesor Jean Manca (Universidad de Hasselt). 

Sin embargo, esta observación planteó inmediatamente la siguiente pregunta: ¿cuáles son las estructuras conductoras dentro de las bacterias que pueden sostener corrientes eléctricas tan altas? La microscopía avanzada reveló que la pared celular de las bacterias del cable contiene una red paralela de fibras que corren a lo largo de toda la bacteria. ‘Inventamos una especie de procedimiento químico de lavado de coches que elimina el material celular de forma secuencial,  Cuando colocamos esto en nuestra configuración de electrodos, nuevamente vimos corrientes altas, lo que demuestra que la red de fibra en la pared celular es en realidad la estructura conductora », confirma el profesor De Wael (Universidad de Amberes), responsable de Electroquímica análisis en el proyecto. 

Sin embargo, la sorpresa aún no había terminado. Las mediciones eléctricas revelaron que las fibras sostenían una corriente eléctrica extremadamente alta por unidad de área de sección transversal, que se compara fácilmente con la densidad de corriente que pasa por el cableado de cobre de nuestros electrodomésticos. Aún más emocionante, la conductividad de las fibras es inusualmente alta, con valores superiores a 20 S cm -1.. A modo de referencia, esta conductividad rivaliza con la de los materiales poliméricos conductores de última generación utilizados en paneles solares flexibles o teléfonos plegables. «Nos sorprendió mucho cuando estos números tan altos aparecieron por primera vez en la pantalla de nuestros instrumentos», dice Meysman. «De alguna manera, la evolución biológica ha inventado una estructura con propiedades eléctricas extraordinarias».

Teléfonos inteligentes bacterianos

El descubrimiento de las fibras altamente conductoras en las bacterias del cable es notable, ya que todos los materiales biológicos conocidos (como proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos) son extremadamente pobres en términos de conducción eléctrica. Por lo tanto, las fibras conductoras brindan una gran oportunidad para nuevos materiales funcionales y tecnología, ya que la perspectiva de un material de base biológica con propiedades eléctricas excepcionales podría llevar la ciencia de los materiales y la electrónica más allá de sus límites actuales. 

“El uso de biomateriales en ingeniería electrónica es un campo activo de investigación, por ejemplo, para lograr productos electrónicos biodegradables, que podrían reducir el problema de los desechos electrónicos y permitir productos electrónicos de consumo más ecológicos, o podrían aplicarse en el cuidado de la salud, donde los dispositivos de diagnóstico y terapéuticos implantables podrían funcionar durante un cierto período de tiempo y luego desaparecer a través de la reabsorción por parte del cuerpo «. explica Meysman. “Quizás dentro de algunos años, tengamos implantes médicos o teléfonos inteligentes equipados con minúsculos cables conductores de origen bacteriano”.

Se puede encontrar más información sobre la investigación en el sitio web del proyecto:

www.microbial-electricity.eu

Allí se puede encontrar una descripción para el público en general y los no expertos.

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