Un team di scienziati cinesi ha messo a punto una bio-batteria portatile e miniaturizzata capace di generare elettricità grazie a batteri elettroattivi, offrendo una nuova frontiera per la stimolazione nervosa e l’energia sostenibile. Pubblicata sulla rivista Advanced Materials, la scoperta promette applicazioni concrete nella bioelettronica, nella medicina e nei dispositivi indossabili, riducendo al tempo stesso la dipendenza da materiali critici.
Una bio-batteria che si ricarica da sola fino a dieci volte
Realizzata presso i Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) della Chinese Academy of Sciences, la bio-batteria sfrutta l’attività metabolica dei batteri per autogenerare energia, consentendo fino a 10 cicli di ricarica autonoma.
Il cuore della tecnologia è rappresentato da idrogeli viventi che contengono biofilm di batteri Shewanella oneidensis MR-1, incapsulati all’interno di una matrice di alginato. Questi idrogeli, oltre ad avere proprietà conduttive, mantengono una vitalità batterica superiore al 70% durante tutto il ciclo operativo, raggiungendo il 97,6% al termine dell’attività.
Il design miniaturizzato (diametro di 20 mm e spessore di 3,2 mm) consente un’integrazione facilitata in dispositivi portatili o impiantabili, una caratteristica essenziale per la futura applicazione in ambito medico.
Il dispositivo è stato costruito seguendo l’architettura delle batterie al litio standard, utilizzando come bio-anodo l’idrogel vivente, mentre il catodo è costituito da un idrogel contenente K₃[Fe(CN)₆]. Una membrana Nafion funge da membrana a scambio ionico. Il tutto è assemblato all’interno di un contenitore tipo 2032, lo stesso delle comuni batterie a bottone.
A differenza delle batterie tradizionali, questa innovazione non utilizza cobalto, litio o manganese, né impiega elettroliti organici potenzialmente tossici. Ciò la rende una soluzione ecologica e sostenibile, capace di ridurre l’impatto ambientale dell’accumulo energetico.
Prestazioni stabili e alta efficienza energetica
Dal punto di vista elettrochimico, la bio-batteria ha mostrato un comportamento sorprendentemente stabile. Ha raggiunto:
- una capacità specifica di 0,4 mAh g⁻¹
- una densità di potenza di circa 8,31 µW cm⁻²
- una densità energetica di 0,008 Wh/L
Ma il dato più impressionante è l’efficienza coulombica superiore al 99,5% su 50 cicli di carica e scarica, con una vitalità cellulare oltre il 90% anche al termine del ciclo operativo. Questo significa minime perdite energetiche, una qualità essenziale per applicazioni prolungate in dispositivi medici o sensoristici.
Energia precisa per stimolare nervi e regolare la pressione sanguigna
Una delle principali applicazioni sperimentate riguarda la stimolazione del sistema nervoso periferico. La bio-batteria è stata utilizzata per alimentare condensatori, che poi hanno fornito energia elettrica precisa e controllata destinata alla neuromodulazione.
Gli esperimenti hanno mostrato che, indirizzando l’energia verso il nervo sciatico e il nervo vago, era possibile controllare in modo accurato la stimolazione bioelettrica e i segnali di pressione sanguigna.
Questa capacità apre nuovi scenari per la fisioterapia elettronica, la gestione di disturbi neurologici e la realizzazione di dispositivi biomedicali intelligenti, tutti settori in forte crescita e sempre più attenti alla sostenibilità e alla biocompatibilità dei materiali.
