En la India se consumen diariamente grandes cantidades de pescado, que genera una gran cantidad de materiales de "desechos biológicos" de pescado. En un intento por hacer algo positivo con estos residuos biológicos, un equipo de investigadores de la Universidad de Jadavpur en Koltata, India exploró el reciclaje de los subproductos del pescado en una cosechadora de energía para productos electrónicos autoalimentados.

La premisa básica detrás del trabajo de los investigadores es simple:las escamas de pescado contienen fibras de colágeno que poseen una propiedad piezoeléctrica, lo que significa que se genera una carga eléctrica en respuesta a la aplicación de una tensión mecánica. Como informa el equipo esta semana en Letras de física aplicada , pudieron aprovechar esta propiedad para fabricar un nanogenerador bio-piezoeléctrico.

Para hacer esto, los investigadores primero "recogieron residuos biológicos en forma de escamas de pescado crudo de un mercado de procesamiento de pescado, y luego utilizó un proceso de desmineralización para hacerlos transparentes y flexibles, "explicó Dipankar Mandal, profesor asistente, Laboratorio de dispositivos nano-piezoeléctricos orgánicos, Departamento de Física, en la Universidad de Jadavpur.

Los colágenos dentro de las escamas de pescado procesadas sirven como un elemento piezoeléctrico activo.

"Pudimos hacer un nanogenerador bio-piezoeléctrico, también conocido como recolector de energía, con electrodos en ambos lados, y luego la lamina, "Dijo Mandal.

Si bien es bien sabido que una sola nanofibra de colágeno exhibe piezoelectricidad, hasta ahora nadie había intentado centrarse en organizar jerárquicamente las nanofibrillas de colágeno dentro de las escamas naturales de los peces.

"Queríamos explorar qué sucede con el rendimiento piezoeléctrico cuando un montón de nanofibrillas de colágeno están jerárquicamente bien alineadas y autoensambladas en las escamas de pescado". ", agregó." Y descubrimos que la piezoelectricidad del colágeno de escamas de pescado es bastante grande (~ 5 pC / N), que pudimos confirmar mediante medición directa ".

Más allá de eso, el bucle de histéresis de campo eléctrico de polarización y el bucle de histéresis de campo eléctrico de deformación resultante (prueba de un efecto piezoeléctrico inverso) causado por el efecto de electrostricción "no lineal" respaldaron sus hallazgos.

El trabajo del equipo es la primera demostración conocida del efecto piezoeléctrico directo de las escamas de pescado a partir de la electricidad generada por un nanogenerador bio-piezoeléctrico bajo estímulos mecánicos, sin la necesidad de ningún tratamiento post-eléctrico.

"Somos conscientes de las desventajas de los tratamientos de posprocesamiento de materiales piezoeléctricos, "Mandal anotó.

Para explorar los fenómenos de autoalineación del colágeno de escamas de pescado, Los investigadores utilizaron espectroscopia de estructura fina de absorción de rayos X cercana al borde, medido en el Centro Raja Ramanna de Tecnología Avanzada en Indore, India.

Las pruebas experimentales y teóricas les ayudaron a aclarar el rendimiento de captación de energía del nanogenerador bio-piezoeléctrico. Es capaz de absorber varios tipos de energías mecánicas ambientales, incluidos los movimientos corporales, vibraciones de la máquina y del sonido, y flujo de viento. Incluso tocar repetidamente el nanogenerador bio-piezoeléctrico con un dedo puede encender más de 50 LED azules.

"Esperamos que nuestro trabajo tenga un gran impacto en el campo de la electrónica flexible autoalimentada, "Dijo Mandal." Hasta la fecha, a pesar de varios esfuerzos extraordinarios, nadie más ha podido fabricar un recolector de energía biodegradable de una manera rentable, proceso de un solo paso ".

El trabajo del grupo podría potencialmente usarse en electrónica transparente, electrónica biocompatible y biodegradable, electrónica comestible, dispositivos médicos implantables autoalimentados, cirugías, seguimiento de la e-sanidad, así como diagnósticos in vitro e in vivo, además de sus innumerables usos para la electrónica portátil.

"En el futuro, nuestro objetivo es implantar un nanogenerador bio-piezoeléctrico en un corazón para dispositivos marcapasos, donde generará energía continuamente a partir de latidos para el funcionamiento del dispositivo, "Dijo Mandal." Entonces se degradará cuando ya no se necesite. Dado que el tejido cardíaco también está compuesto de colágeno, se espera que nuestro nanogenerador bio-piezoeléctrico sea muy compatible con el corazón ".

El nanogenerador bio-piezoeléctrico del grupo también puede ayudar con la administración de fármacos dirigida, que actualmente está generando interés como una forma de recuperar células cancerosas in vivo y también para estimular diferentes tipos de tejidos dañados.

"Por lo tanto, esperamos que nuestro trabajo tenga una importancia enorme para los dispositivos médicos implantables de próxima generación, "añadió.

"Nuestro objetivo final es diseñar y diseñar componentes electrónicos ingeribles sofisticados compuestos de materiales no tóxicos que sean útiles para una amplia gama de aplicaciones terapéuticas y de diagnóstico, "dijo Mandal.