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martes, 7 de abril de 2009

Virus Power





En el blog "Esos pequeños bichitos" aparece un comentario de recomendable lectura sobre la discusión de si los virus son seres vivos o no. Dejando aparte la polémica filosófico-científica, si se cumplen las expectativas del artículo publicado en la revista Science, quizás en el futuro el conejito de Duracell se quede en el paro y sea sustituido por el virus bacteriófago M13.











Fotografía de microscopía electrónica del fago M13. Debajo se muestra un esquema de la estructura de dicho virus mostrando las distintas proteínas que forman su cápside y su DNA (origen de las imágenes)




Una de las limitaciones para el uso de vehículos eléctricos, ordenadores portátiles y otras aplicaciones similares, es el desarrollo de materiales que permitan almacenar, cargar y descargar de manera eficiente la energía que acumulan. Es decir, se necesitan hacer pilas mejores, más pequeñas y más baratas. Una pila eléctrica consiste fundamentalmente en un ánodo, un cátodo, algo que los separe y un electrolito conductor que fluya entre ellos. Cuando los electrones viajan hacia el ánodo a traves del material conductor la pila transforma la energía química producida por dicho flujo en energía eléctrica. Un grupo del Instituto Tecnológico de Masachusset (MIT para los amigos) ha diseñado mediante ingeniería genética unos variantes del fago M13 para crear tanto el ánodo o el cátodo de una batería.


Hace tres años, dicho grupo consiguió manipular el virus M13 para que se autoensamblara formando un ánodo. Se manipuló geneticamente los genes que codificaban para la cápside para que estos se unieran a moléculas de óxido de cobalto y oro. Ahora han diseñado otro tipo de manipulación para que dichas proteínas formen un cátodo.








En el esquema A se representa al fago M13 modificado en dos de sus genes y la localización de los péptidos que han sido alterados. En el esquema B tenemos un virus M13 completamente recubierto de Fosfato Férrico (nanowire) y un nanotubo (SWNT). La unión es debida al reconocimiento del nanotubo por parte del M13 modificado (la figura de abajo muestra con más detalle dicha unión). Si se disponen suficientes nanotubos y fagos se puede fabricar un cátodo de una pila. La foto de la izquierda muestra una de dichas pilas suministrando suficiente energía para que funcione una luz LED. Fuente bibliográfica: Science






El grupo de investigadores ha conseguido unir materiales electroquímicamente activos a nanotubos de carbono mediante un proceso de reconocimiento biológico molecular. Para ello han manipulado dos genes del fago M13 que codifican para proteínas de su cápside. Una de ellas reconoce los extremos de dichos nanotubos. Otra lo que hace es servir como agente de nucleación para la precipitación de Fosfato Férrico (FePO4). Este material es muy conductivo y sus prestaciones y rendimiento son similares al de las pilas de Litio recargables. Puede ser recargado unas 100 veces antes de perder sus propiedades. Pero además tiene unas cuantas ventajas añadidas. Por un lado es muy fácil el que de adopte la forma del contenedor donde se va a disponer la pila. Por otro, si exceptuamos la fabricación del nanotubo de carbono, es un proceso más barato y que consume menos energía que el de la fabricación de las pilas de lítio. Pero la más importante es que el material que se utiliza es mucho menos tóxico y dañino para el medio ambiente que el usado para las baterías de Litio.




Esquema de un Virus M13 modificado genéticamente para unir partículas metálicas (bolitas amarillas) lo que le convierte en un nanocable (nanowire), uniéndose a un nanotubo de carbono.




¿Cuál es la desventaja? Ya la he apuntado antes. El problema es que el proceso de fabricación de los nanotubos requeridos aun no es tan eficiente y barato. A pesar de que esta pila en su estado actual es casi equivalente a las de litio y su precio de producción es sólo algo más caro, no podría desplazarlas si lo consideramos desde el punto de vista económico. Significaría poner en marcha una nueva industria para competir con otra ya establecida y que ya ofrece el mismo servicio por el mismo precio. Economicamente eso no funciona y en la industria lo que manda es el dinero. Ese aspecto no ha desanimado a los investigadores sino todo lo contrario. Lo que están buscando ahora es un material que sea mucho más conductivo que el Fosfato Férrico, con lo que la pila sería mucho mejor en potencia y rendimiento. Eso si que podría ser una auténtica alternativa al litio. Esperemos que tengan éxito.




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