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Las escamas de pescado podrían servir para producir energía limpia. (Foto: Stock File)

Convierten residuos de pescado en colectores de energía piezoeléctrica

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Thursday, September 08, 2016, 23:10 (GMT + 9)

Un equipo de investigadores de la Universidad de Jadavpur, en Koltata, ha explorado formas de reciclar subproductos de pescado en un colector de energía para dispositivos electrónicos con alimentación propia, en un intento por hacer algo positivo con los residuos biológicos del pescado.

La premisa básica detrás del trabajo de los investigadores es sencilla: las escamas de pescado contienen fibras de colágeno que poseen propiedades piezoeléctricas, lo que significa que generan una carga eléctrica en respuesta a la aplicación de un esfuerzo mecánico.

Por lo tanto, el grupo científicos intentó aprovechar esta propiedad para fabricar un nanogenerador bio-piezoeléctrico.

Dipankar Mandal, profesor asistente del Laboratorio de Dispositivos Orgánicos Nano-piezoeléctricos, dependiente del Departamento de Física de la Universidad de Jadavpur, explicó para hacer esto, los investigadores primero "recolectaron residuos biológicos en la forma de escamas duras de pescado crudo, de un mercado de procesamiento de pescado, y luego utilizaron un proceso de desmineralización para hacerlas transparentes y flexibles".

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

"Hemos podido desarrollar un nanogenerador bio-piezoeléctrico -también denominado colector de energía- con electrodos en ambos lados, y luego laminarlo", dijo Mandal.

Aunque es bien sabido que una simple nanofibra de colágeno exhibe la piezoelectricidad, hasta ahora nadie había intentado organizar jerárquicamente las nanofibras de colágeno dentro de las escamas naturales de los pescados.

"Quisimos conocer lo que ocurre con el rendimiento piezoeléctrico cuando un grupo de nanofibras de colágeno está jerárquicamente bien alineado y auto-ensamblado en las escamas de los peces", detalló el investigador. "Y descubrimos que la piezoelectricidad del colágeno de las escamas de pescado es bastante grande (~ 5 pC/N), lo que pudimos confirmar a través de la medición directa."

Más allá de eso, el ciclo de histéresis del campo de polarización eléctrica y el ciclo de histéresis del campo de tensión eléctrica resultante- prueba de un efecto piezoeléctrico inverso- causado por el efecto de electrostricción "no lineal", respaldó 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 de polarización post-eléctrico.

Para explorar los fenómenos de auto-alineación del colágeno de las escamas de pescado, los investigadores utilizaron espectroscopía de estructura fina por absorción de rayos X, en el centro Ramanna Raja de Tecnología Avanzada en Indore.

Las pruebas experimentales y teóricas ayudaron a clarificar el rendimiento de captación de energía del nanogenerador bio-piezoeléctrico. Es capaz de barrer varios tipos de energías ambientales mecánicas, incluyendo los movimientos del cuerpo, las vibraciones de máquinas y del sonido, y el flujo del viento. Incluso, tocando repetidamente el nanogenerador bio-piezoeléctrico con un dedo, puede encender más de 50 LED azules.

El trabajo del grupo podría servir para desarrollar dispositivos electrónicos transparentes, biocompatibles y biodegradables, dispositivos médicos implantables con alimentación propia, cirugías y monitoreo electrónico de la salud, así como para diagnósticos in vitro e in vivo, e innumerables usos para dispositivos electrónicos portátiles.

"En el futuro, nuestro objetivo es la implantación de un nanogenerador bio-piezoeléctrico en un corazón para los dispositivos de marcapasos, donde  generará alimentación de forma continua con los latidos del corazón para su funcionamiento", explicó Mandal. "Después se degradará cuando ya no se necesita. Dado que el tejido del corazón también contiene colágeno, se espera que nuestro bio-nano-generador piezoeléctrico sea muy compatible con el corazón", agregó.

El nanogenerador bio-piezoeléctrico ideado por el grupo también puede ayudar en la administración dirigida de fármacos, que ahora está generando interés como una manera de recuperar in vivo las células de cáncer y también para estimular diferentes tipos de tejidos dañados.

El equipo publicó los resultados de su estudio en la revista Applied Physics Letters, de AIP Publishing.

 


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