ابداع نخستین باتری زیست‌سازگار که با خون کار می‌کند 

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل ازسای تک دیلی، محققان دو دانشگاه اسپانیایی باتری‌ای ابداع کرده‌اند که از هموگلوبین برای تسهیل واکنش‌های الکتروشیمیایی استفاده می‌کند وعملکردش تقریباً ۲۰ تا ۳۰ روز حفظ می‌شود.

هموگلوبین پروتئینی است که در گلبول‌های قرمز خون وجود دارد و وظیفه انتقال اکسیژن از ریه‌ها به بافت‌های مختلف و در برگشت، انتقال دی اکسید کربن به خارج از بدن را بر عهده دارد. هموگلوبین میل بسیار بالایی برای اکسیژن دارد و برای زندگی اساسی است؛ اما آیا می‌تواند یک عنصر کلیدی برای نوعی دستگاه الکتروشیمیایی باشد که اکسیژن نیز در آن نقش مهمی دارد، مانند باتری‌های «روی-هوا» (zinc-air batteries)؟

اکنون دانشمندان دانشگاه‌های کوردوبا و پلی تکنیک کارتاخنا در یک پروژه اثبات مفهوم، نخستین باتری زیست سازگار (که برای بدن مضر نیست) را با استفاده از هموگلوبین ابداع کردند که در واکنش الکتروشیمیایی انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

باتری‌های «روی-هوا» یکی از پایدارترین جایگزین‌ها برای باتری‌هایی مرسوم در بازار یا همان باتری‌های لیتیوم یونی هستند و هموگلوبین می‌تواند به عنوان یک کاتالیزور در چنین باتری‌هایی عمل کند.

هموگلوبین پروتئینی است که وظیفه تسهیل واکنش الکتروشیمیایی به نام واکنش کاهش اکسیژن (ORR) را بر عهده دارد و باعث می‌شود پس از ورود هوا به باتری، اکسیژن در یکی از قسمت‌های باتری کاهش یافته و به آب تبدیل شود (کاتد یا قطب مثبت)، الکترون‌هایی را آزاد می‌کند که به قسمت دیگر باتری (آند یا قطب منفی)، جایی که اکسیداسیون روی رخ می‌دهد، می‌رسند.

یک کاتالیزور خوب برای کاهش اکسیژن دو ویژگی دارد: باید مولکول‌های اکسیژن را به سرعت جذب کند و مولکول‌های آب را نسبتاً آسان تشکیل دهد؛ و هموگلوبین این الزامات را برآورده می‌کند. در واقع، از طریق این فرآیند، محققان موفق شدند نمونه اولیه باتری زیست سازگار خود بسازند را با ۰.۱۶۵ میلی گرم هموگلوبین بین ۲۰ تا ۳۰ روز فعال ماند.

این نمونه اولیه باتری، علاوه بر عملکرد قوی، مزایای دیگری نیز دارد. نخست، باتری‌های روی - هوا پایدارتر هستند و می‌توانند در شرایط جوی نامطلوب مقاومت کنند، برخلاف سایر باتری‌هایی که به رطوبت حساس هستند و برای ساخت آنها جوی خنثی لازم است.

دوم آنکه استفاده از هموگلوبین به عنوان یک کاتالیزور زیست سازگار با توجه به کاربرد این نوع باتری در دستگاه‌هایی که در بدن انسان ادغام می‌شوند، مانند ضربان سازها، کاملا امیدوار کننده است. در واقع باتری با pH ۷.۴ کار می‌کند که pH آن مشابه pH خون است. علاوه بر این، از آنجایی که هموگلوبین تقریباً در تمام پستانداران وجود دارد، می‌توان از پروتئین با منشاء حیوانی نیز استفاده کرد.

با این حال، باتری‌ای که آنها توسعه داده اند، هنوز جای کار دارد. نکته اینجاست، این باتری اولیه است، بنابراین فقط انرژی الکتریکی را تخلیه می‌کند. همچنین قابل شارژ نیست. بنابراین، محققان در حال حاضر گام‌های بعدی را برای یافتن پروتئین زیستی دیگری برمی دارد که می‌تواند آب را به اکسیژن تبدیل و در نتیجه باتری را شارژ کند.

علاوه بر این، باتری‌ها فقط در حضور اکسیژن کار می‌کنند، از این رو نمی‌توان از آنها در فضا استفاده کرد.

با توجه به اقبال روز افزون به استفاده از وسایل الکترونیکی قابل حمل و نقل و تعهد فزاینده به مصرف انرژی‌های تجدید پذیر، این پژوهش نوآورانه راه را برای ارائه جایگزین‌های کاربردی جدید برای باتری‌ها باز می‌کند. داشتن وسایلی که انرژی الکتریکی اضافی را به صورت انرژی شیمیایی ذخیره می‌کنند ضروری به نظر می‌رسد. مهمتر از همه، رایج‌ترین باتری‌های امروزی (لیتیوم یون) با مشکلات کمبود لیتیوم و اثرات زیست محیطی آن به عنوان زباله‌های خطرناک مواجه هستند. 

این مطالعه که در ژورنال Energy & Fuels منتشر شده است.