Гемоглобин — это белок, присутствующий в красных кровяных тельцах и отвечающий за транспортировку кислорода из лёгких в различные ткани организма, а также за перенос углекислого газа в обратном направлении. Учёные задумались: а может ли столь важный белок быть не менее полезен для электрохимических устройств? Например, в цинково-воздушных батареях, в которых кислород также играет важную роль. В сотрудничестве с учёными из других вузов, в том числе Оксфорда, испанцы выяснили, что у гемоглобина есть многообещающие качества для восстановления и окисления, то есть процессов, которые в подобных системах помогают вырабатывать энергию.
Для доказательства своих выводов исследователи соорудили первую биологически совместимую батарею, то есть безвредную для организма. В устройстве для электрохимической реакции используется гемоглобин, чтобы преобразовывать химическую энергию в электрическую.
Смысл в том, чтобы создать, если получится, устойчивую во всех смыслах альтернативу распространённым на рынке литий-ионным аккумуляторам. Ею могли бы стать упомянутые цинково-воздушные батареи, в которых гемоглобин послужит катализатором.
А работает экспериментальная батарея благодаря тому, что белок из крови подходит для электрохимической реакции восстановления кислорода. Благодаря попаданию воздуха в батарею кислород при этом превращается в воду у того края батареи, где находится катод или положительный полюс. Высвобождающиеся электроны переходят в другую часть, где расположен анод или отрицательный полюс, и так происходит окисление цинка.
Как объяснил исследователь Мануэль Кано Луна, хорошему катализатору в реакции восстановления кислорода необходимы два свойства: быстро поглощать молекулы кислорода и относительно легко образовывать молекулы воды. Гемоглобин как раз соответствовал этим требованиям. На практике экспериментаторы получили прототип биосовместимой батареи, способной работать на 0,165 миллиграмма гемоглобина на протяжении 20–30 дней.
Помимо высокой производительности, разработанный концепт выделяется и прочими достоинствами. Во-первых, цинково-воздушные батареи могут выдерживать неблагоприятные внешние условия, тогда как другие батареи зависят от уровня влажности и требуют химически нейтральной среды при изготовлении.
Во-вторых, продолжил Кано Луна, использование гемоглобина в роли катализатора очень перспективно для батареек в различных медицинских устройствах, например, в кардиостимуляторах. Изобретённая батарея работает при уровне кислотности (рН) 7,4, который аналогичен рН крови. Вообще, гемоглобин есть почти у всех млекопитающих, так что подойдут и препараты из крови животных.
Вместе с тем создатели признают, что созданный образец ещё очень далёк от совершенства. Так, придуманная батарея работает лишь на разряд. То есть она не аккумуляторная, а «одноразовая», так как не перезаряжается. Разработчики поэтому уже ищут другой, более подходящий белок биологического происхождения, который поможет преобразовывать воду в кислород, заряжая батарею. А ещё можно добавить, забегая далеко вперёд, что «кровяные» батарейки не подойдут для использования в космосе, где нежелателен дополнительный расход кислорода.
Так или иначе, при нарастающем дефиците лития альтернативы искать придётся. Да и борьба за экологию, скорее всего, будет только расти и шириться, всё больше ограничивая соответствующие отрасли промышленности. Почему бы не воспользоваться тем, что течёт в нас, в пользователях, практически в готовом виде?
