Іспанські та аргентинські вчені розробили елемент живлення, в якому як провідник електрохімічних реакцій використовується гемоглобін. Така батарея працює кілька тижнів, її можна застосовувати в пристроях, що імплантуються.
Гемоглобін – білок, який міститься в клітинах крові (еритроцитах) і виконує в організмі важливу функцію: доставляє кисень від легень до тканин, а назад у легені забирає вуглекислий газ. Багато вчених давно вважають, що через свої властивості гемоглобін можна використовувати у розробці електрохімічних елементів живлення, в яких кисень відіграє ключову роль.
У 2017 році дослідники з Оксфордського університету (Великобританія) провели серію експериментів з гемоглобіном і з’ясували, що він добре підходить для окислювально-відновних процесів (або редокс-реакцій), за допомогою яких хімічна енергія трансформується в електричну.
Тоді деякі фахівці припустили, що цей життєво важливий білок може підійти для створення повітряно-цинкових батарей. Під час роботи такі елементи живлення використовують як катод кисень, що поглинається з повітря, а як анод — порошок цинку.
Група вчених із Національного університету Кордови (Аргентина) та Політехнічного університету Картахени (Іспанія) спробувала втілити цю ідею у життя. І в них вийшло. Хіміки розробили першу біосумісну повітряно-цинкову батарею, де в електрохімічній реакції, що перетворює хімічну енергію на електричну, бере участь гемоглобін. Важливо, що пристрій не завдає шкоди здоров’ю. Результати роботи опубліковані в журналі Energy & Fuels.
У такій батареї білок крові відіграє роль каталізатора, він відповідає за реакцію відновлення кисню, яка є ключовим процесом в електрохімічних пристроях для перетворення та зберігання енергії. Під час цієї реакції після потрапляння повітря в батарею кисень бере участь у реакції, внаслідок якої утворюється вода. Після чого вивільняються електрони, які потім переходять до цинкового анода, де відбувається реакція окислення цинку.
«Щоб каталізатор добре працював, він повинен мати дві властивості: швидко поглинати молекули кисню і відносно легко утворювати молекули води. Гемоглобін повністю відповідає цим вимогам», – пояснив Мануель Луна (Manuel Luna), один із авторів дослідження.
За словами вченого, прототип батареї, створений його командою, працював із 0,165 міліграма гемоглобіну протягом 20-30 днів. Такі елементи живлення більш стійкі до несприятливих умов навколишнього середовища, на відміну від інших акумуляторів, що дозволить безпечно використовувати їх у кардіостимуляторах та інших приладах, що вживлюються в організм.
Дослідники зазначили, що головний мінус їхньої розробки — її неможливо перезарядити. Щоб усунути цей недолік, необхідно підібрати ще один біологічний білок, який перетворюватиме воду назад у кисень, над чим зараз і працюють науковці. Новий пристрій можна використовувати тільки в кисневому середовищі, в космосі він не працюватиме.
