Хіміки створили батарею на основі головного білка людської крові

Іспанські та аргентинські вчені розробили елемент живлення, в якому як провідник електрохімічних реакцій використовується гемоглобін. Така батарея працює кілька тижнів, її можна застосовувати в імплантованих пристроях.

Гемоглобін – білок, який міститься в клітинах крові (еритроцитах) і виконує в організмі важливу функцію: доставляє кисень від легень до тканин, а назад у легені забирає вуглекислий газ. Багато вчених давно вважають, що через свої властивості гемоглобін можна використовувати в розробці електрохімічних елементів живлення, в яких кисень відіграє ключову роль.

У 2017 році дослідники з Оксфордського університету (Велика Британія) провели серію експериментів з гемоглобіном і з’ясували, що він добре підходить для окисно-відновних процесів (або редокс-реакцій), за допомогою яких хімічна енергія трансформується в електричну.

Тоді ж деякі фахівці припустили, що цей життєво важливий білок може підійти для створення повітряно-цинкових батарей. Під час роботи такі елементи живлення використовують як катод кисень, що поглинається з повітря, а як анод – порошок цинку.

Група вчених із Національного університету Кордови (Аргентина) і Політехнічного університету Картахени (Іспанія) спробувала втілити цю ідею в життя. І в них вийшло. Хіміки розробили першу біосумісну повітряно-цинкову батарею, де в електрохімічній реакції, що перетворює хімічну енергію на електричну, бере участь гемоглобін. Важливо зазначити, що пристрій не завдає шкоди здоров’ю. Результати роботи опубліковано в журналі Energy & Fuels.

У такій батареї білок крові відіграє роль каталізатора, він відповідає за реакцію відновлення кисню, яка є ключовим процесом в електрохімічних пристроях для перетворення і зберігання енергії. Під час цієї реакції після потрапляння повітря в батарею кисень бере участь у реакції, в результаті якої утворюється вода. Після чого вивільняються електрони, які потім “переходять” до цинкового анода, де відбувається реакція окислення цинку.

“Щоб каталізатор добре працював, він повинен володіти двома властивостями: швидко поглинати молекули кисню і відносно легко утворювати молекули води. Гемоглобін повністю відповідає цим вимогам”, – пояснив Мануель Луна (Manuel Luna), один з авторів дослідження.

За словами вченого, прототип батареї, створений його командою, працював з 0,165 міліграма гемоглобіну протягом 20-30 днів. Такі елементи живлення більш стійкі до несприятливих умов довкілля, на відміну від решти акумуляторів, що дасть змогу безпечно використовувати їх у кардіостимуляторах та інших імплантованих в організм приладах.

Дослідники зазначили, що головний мінус їхньої розробки – її неможливо перезарядити. Щоб усунути цей недолік, необхідно підібрати ще один біологічний білок, який буде перетворювати воду назад у кисень, над чим зараз і працюють вчені. Новий пристрій можна використовувати тільки в кисневому середовищі, у космосі він працювати не буде.