Baterias de iones de litio invertidas. Biosensores e implantes para tratar trastornos neurológicos

En las baterías de iones de litio, los iones fluyen internamente entre los electrodos mientras que los electrones fluyen en un circuito externo. Es difícil que estas baterías interactúen directamente con sistemas biológicos sin causar reacciones electroquímicas perjudiciales que puedan descomponer tejidos y electrolitos celulares.
Liangbing Hu, de la Universidad de Maryland, College Park y sus compañeros de trabajo, han desarrollado una “batería de electrones” que funciona al revés, utilizando un flujo de electrones interno para producir una corriente de iones externa.

Figura 1

J. R. Vandenheede, S. Keppens, y H. De Wulf, «Inactivation and reactivation of liver phosphorylase b kinase», Biochim. Biophys. Acta, vol. 481, n.o 2, pp. 463-470, abr. 1977.

Tal dispositivo podría estimular la señalización de las células nerviosas o el movimiento del músculo en personas con problemas del sistema nervioso o del motor. Podría ayudar a los investigadores a medir los procesos iónicos en las células, y una versión implantable podría controlar la dosis de iones de litio a las personas con trastorno bipolar.
El circuito interno de la batería de electrones consiste en un ánodo de metal de litio y un cátodo de óxido de vanadio en tubos separados de vidrio rellenos de electrolitos, conectados por un hilo conductor de electrones y sellados con membranas de intercambio iónico. Las membranas de intercambio iónico están conectadas a tallos infundidos con el ion a transportar, tal como litio, sodio, potasio o calcio. Y los tallos se sumergen en una solución de electrolito que contiene células.
La diferencia de potencial químico entre los electrodos provoca flujos de electrones de ánodo a cátodo a través del hilo e iones a través del circuito externo. Los iones que pasan a través de la solución celular también generan un campo eléctrico que puede inducir el flujo de iones, como el calcio, a través de canales iónicos en las células. Las células con una proteína fluorescente sensible al calcio brillaron intensamente cuando los investigadores pasaron una corriente de iones a través de ellos.
“El valor real del trabajo está en su biocompatibilidad prometida”, comenta Ping Liu de la Universidad de California, San Diego, un experto en baterías y almacenamiento de energía. Él piensa que los investigadores deben intentar desarrollar una gama más amplia de materiales para transmitir el flujo del ión, además de los tallos de la hierba. Hu dice que su grupo está de hecho persiguiendo tal investigación.

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