Un paso adelante en la electrónica biodegradable
Las bacterias cable(se abrirá en una nueva ventana) son organismos pluricelulares filamentosos que viven en sedimentos de agua dulce y marina capaces de transportar electricidad a lo largo de varios centímetros. Transportan electrones a través de sus filamentos conductores para oxidar sulfuro en las capas profundas de los sedimentos y reducir oxígeno en la superficie. Y, además, son muy abundantes: en los primeros 15 cm de sedimento, se han observado(se abrirá en una nueva ventana) densidades de bacterias cable que alcanzan una longitud total de hasta 2 km por centímetro cuadrado. Kartik Aiyer(se abrirá en una nueva ventana) un investigador posdoctoral Marie Curie(se abrirá en una nueva ventana) en el Centro de Electromicrobiología de Universidad de Aarhus(se abrirá en una nueva ventana), explica: «Son únicas por su capacidad de dividir el trabajo metabólico(se abrirá en una nueva ventana) entre diferentes células del cable. En otras palabras, mientras que algunas de las células enterradas en el sedimento anóxico generan energía oxidando un donante de electrones (por lo general, sulfuro), otras células reducen el oxígeno en la zona óxica realizando una semirreacción redox(se abrirá en una nueva ventana) diferente». En el proyecto Cable electricity O2 se buscaba desarrollar un sistema bioelectroquímico que alternara entre generación de energía y almacenamiento utilizando estas bacterias. El objetivo es alimentar un microprocesador de manera biológica, lo que, de lograrse, podría abrir el camino a la electrónica biodegradable.
Cultivos enriquecidos con bacterias cable generan corriente eléctrica
Las bacterias se integraron en un sistema de gestión de energía compuesto por un chip de microprocesador, un circuito para medir corriente y tensión y un microcontrolador, con el fin de alimentar el microprocesador con electrones obtenidos del sedimento. Para investigar la potencial electroactividad de las bacterias cable, se inoculó sedimento de agua dulce en una celda de tres electrodos compuesta por un electrodo de trabajo de fieltro de carbono, un electrodo de referencia de Ag/AgCl y un electrodo auxiliar de Ti. «El sedimento se enriqueció con la cepa única “E. aureum GS”. No había otras cepas de bacterias cable. Tras la inoculación, se observó un aumento sigmoidal de la corriente», comenta Aiyer. Para obtener una mejor comprensión la contribución específica de las bacterias cable a la corriente medida general, se inoculó otro conjunto de celdas de tres electrodos con sedimento esterilizado en autoclave. «Añadimos aproximadamente diez bacterias cable puras tras pescarlas del sedimento con anzuelos de vidrio esterilizados. En comparación con los controles de sedimento autoclavado, la adición de bacterias cable vivas produjo un aumento claro de la corriente, lo que resalta su papel específico en la generación de electroactividad del sistema», explica Aiyer.
Procesadores alimentados por bacterias para electrónica biodegradable
El equipo pudo cultivar bacterias cable en electrodos. Esta labor llevó más tiempo de lo esperado, pero se logró crear un sistema reproducible, tal y como se muestra en su último artículo(se abrirá en una nueva ventana). Aiyer considera que esto establece la base biológica para la generación de energía, como parte de un planteamiento general centrado en encontrar formas de producir dispositivos electrónicos biocompatibles y biodegradables. El hallazgo más importante del proyecto fue que las bacterias cable se pueden cultivar directamente sobre electrodos, en lugar de depender del oxígeno como ocurre en la naturaleza. Este descubrimiento no hubiera sido posible sin la financiación de la Unión Europea. «Ya conocíamos su capacidad de mover electrones internamente a distancias de centímetros, pero no sabíamos que también podían intercambiar electrones de forma directa con superficies sólidas como los electrodos. Demostrar este comportamiento nos proporciona, por primera vez, una forma controlada de estudiar cómo las bacterias cable interactúan eléctricamente con su entorno: un paso esencial antes de poder desarrollar cualquier aplicación práctica».
