Los protones, partículas subatómicas con carga eléctrica positiva, son una de las primeras partículas que se formaron después de que comenzó el universo y son un componente de todos los átomos que existen en la actualidad. El movimiento de los protones juega un papel clave en los procesos de conversión de energía, como la fotosíntesis y la respiración, en sistemas biológicos. Además, La conducción de protones es un factor importante para las pilas de combustible de hidrógeno. que a menudo se promocionan como la fuente de energía limpia ideal para la próxima generación.

La alta conducción de protones observada en biomateriales como el azúcar y los derivados de proteínas se atribuye a la presencia de grupos funcionales donantes de protones (sustituyentes en una molécula que gobierna sus reacciones químicas características). Sin embargo, el mecanismo exacto de transporte de protones en estos materiales no se comprende claramente (por ejemplo, si los protones prefieren fluir a lo largo de la superficie del biomaterial, es decir, transporte interfacial, oa través de la masa). Es más, no está claro cómo la concentración del grupo funcional podría afectar las vías de transporte de protones.

Contra la cortina, en un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Electroquímica , un equipo de investigadores de Japón, dirigido por el Prof. Asociado. Yuki Nagao del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) y Athchaya Suwansoontorn, un doctorado estudiante en JAIST, así como Assoc.Prof. Katsuhiro Yamamoto del Instituto de Tecnología de Nagoya, El profesor Shusaku Nagano de la Universidad de Rikkyo y el profesor Jun Matsui de la Universidad de Yamagata, se propuso explorar cómo se veía afectada la conducción de protones en polímeros a base de estireno con el cambio en la concentración de ácido carboxílico, un ácido orgánico donante de protones que se encuentra comúnmente en biomateriales. Suwansoontorn expone la motivación de su investigación:"El estudio de las vías de transporte de protones es fundamentalmente importante para dilucidar el funcionamiento de muchos sistemas biológicos".

El equipo de investigación sintetizó sistemáticamente polímeros con diferentes concentraciones de ácido carboxílico y los preparó como películas delgadas con una alta relación superficie-volumen para permitir la investigación de las propiedades de transporte interfacial. Siguiendo esto, caracterizaron las estructuras poliméricas utilizando una variedad de técnicas de caracterización estándar.

El equipo de investigación observó la presencia de dos tipos de grupos de ácido carboxílico (COOH) en los polímeros:grupos COOH libres, que eran más abundantes a concentraciones más altas, y grupos COOH dímeros cíclicos, que eran prevalentes a bajas concentraciones. Para correlacionar esto con el transporte de protones, los investigadores examinaron la conducción de protones en el plano utilizando espectroscopia de impedancia y calcularon la resistencia interfacial para medir la posibilidad de transporte interfacial.

Descubrieron que una alta concentración de COOH favorecía más el transporte interno de protones, mientras que las concentraciones más bajas favorecían el transporte interfacial. Atribuyeron esto a la presencia de grupos COOH libres a altas concentraciones que generaron más redes de enlaces de hidrógeno, facilitando la conducción de protones. Es más, Verificaron esta idea mostrando que un mayor número de grupos COOH libres en la interfaz conducía a una conducción interfacial más alta.

"Nuestra investigación puede contribuir al desarrollo de materiales bioconductores para dispositivos biológicos relacionados con la conducción de protones y las pilas de combustible ecológicas, "dice Suwansoontorn, contemplando las ramificaciones prácticas de los hallazgos. "Desde una perspectiva más amplia, puede facilitar la vida de las personas apoyando las tecnologías biológicas y el desarrollo de aplicaciones de energía verde ".

Para combatir el cambio climático, energía más verde es la necesidad del momento. En ese contexto, los hallazgos de este estudio prometen algunas consecuencias emocionantes que esperar, ¡con seguridad!