Imagina cargar tu teléfono mientras caminas, gracias a un generador delgado como el papel incrustado en la suela de tu zapato. Este escenario futurista ahora está un poco más cerca de la realidad. Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab) han desarrollado una forma de generar energía utilizando virus inofensivos que convierten la energía mecánica en electricidad.

Los científicos probaron su enfoque creando un generador que produce suficiente corriente para operar una pequeña pantalla de cristal líquido. Funciona tocando con un dedo un electrodo del tamaño de una estampilla de correos recubierto con virus especialmente diseñados. Los virus convierten la fuerza del grifo en una carga eléctrica.

Su generador es el primero en producir electricidad aprovechando las propiedades piezoeléctricas de un material biológico. La piezoelectricidad es la acumulación de una carga en un sólido en respuesta a una tensión mecánica.

El hito podría dar lugar a pequeños dispositivos que recolectan energía eléctrica de las vibraciones de las tareas cotidianas, como cerrar una puerta o subir escaleras.

También apunta a una forma más sencilla de fabricar dispositivos microelectrónicos. Eso es porque los virus se organizan en una película ordenada que permite que el generador funcione. El autoensamblaje es un objetivo muy buscado en el meticuloso mundo de la nanotecnología.

Los científicos describen su trabajo en una publicación en línea avanzada del 13 de mayo de la revista. Nanotecnología de la naturaleza .

"Se necesita más investigación, pero nuestro trabajo es un prometedor primer paso hacia el desarrollo de generadores de energía personales, actuadores para su uso en nanodispositivos, y otros dispositivos basados ​​en electrónica viral, "dice Seung-Wuk Lee, un científico de la facultad en la División de Biociencias Físicas de Berkeley Lab y un profesor asociado de bioingeniería de UC Berkeley.

Realizó la investigación con un equipo que incluye a Ramamoorthy Ramesh, científico de la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab y profesor de ciencias de los materiales, Ingenieria, y física en UC Berkeley; y Byung Yang Lee de la División de Biociencias Físicas de Berkeley Lab.

El efecto piezoeléctrico se descubrió en 1880 y desde entonces se ha encontrado en cristales, cerámica, hueso, proteínas, y ADN. También se ha utilizado. Los encendedores de cigarrillos eléctricos y los microscopios de sonda de exploración no podrían funcionar sin él, por nombrar algunas aplicaciones.

Pero los materiales utilizados para fabricar dispositivos piezoeléctricos son tóxicos y muy difíciles de trabajar. lo que limita el uso generalizado de la tecnología.

Lee y sus colegas se preguntaron si un virus estudiado en laboratorios de todo el mundo ofrecía una mejor manera. El bacteriófago M13 solo ataca a las bacterias y es benigno para las personas. Siendo un virus se replica por millones en horas, por lo que siempre hay un suministro constante. Es fácil de diseñar genéticamente. Y una gran cantidad de virus en forma de bastón se orientan naturalmente en películas bien ordenadas, de la misma forma que los palillos se alinean en una caja.

Estos son los rasgos que los científicos buscan en un bloque de construcción nano. Pero los investigadores del laboratorio de Berkeley primero tuvieron que determinar si el virus M13 es piezoeléctrico. Lee se volvió hacia Ramesh, experto en el estudio de las propiedades eléctricas de películas delgadas a nanoescala. Aplicaron un campo eléctrico a una película de virus M13 y observaron lo que sucedía con un microscopio especial. Las proteínas helicoidales que recubren los virus se retorcieron y giraron en respuesta, una señal segura del efecto piezoeléctrico en funcionamiento.

Próximo, los científicos aumentaron la fuerza piezoeléctrica del virus. Utilizaron ingeniería genética para agregar cuatro residuos de aminoácidos cargados negativamente a un extremo de las proteínas helicoidales que recubren el virus. Estos residuos aumentan la diferencia de carga entre los extremos positivo y negativo de las proteínas, lo que aumenta el voltaje del virus.

Los científicos mejoraron aún más el sistema al apilar películas compuestas por capas individuales del virus una encima de la otra. Descubrieron que una pila de aproximadamente 20 capas de espesor exhibía el efecto piezoeléctrico más fuerte.

Lo único que quedaba por hacer era una prueba de demostración, por lo que los científicos fabricaron un generador de energía piezoeléctrica basado en virus. Crearon las condiciones para que los virus modificados genéticamente se organizaran espontáneamente en una película de varias capas que mide aproximadamente un centímetro cuadrado. Luego, esta película se interpuso entre dos electrodos chapados en oro, que estaban conectados por cables a una pantalla de cristal líquido.

Cuando se aplica presión al generador, produce hasta seis nanoamperios de corriente y 400 milivoltios de potencial. Eso es suficiente corriente para mostrar el número "1" en la pantalla, y aproximadamente una cuarta parte del voltaje de una batería triple A.

"Ahora estamos trabajando en formas de mejorar esta demostración de prueba de principio, "dice Lee." Debido a que las herramientas de la biotecnología permiten la producción a gran escala de virus genéticamente modificados, Los materiales piezoeléctricos basados ​​en virus podrían ofrecer una ruta simple hacia la microelectrónica novedosa en el futuro ".