Гемоглобин, ключевой белок, содержащийся в красных кровяных тельцах, выполняет две важнейшие биологические функции. Во-первых, он способствует переносу углекислого газа из тканей в легкие, где он затем выдыхается. Во-вторых, он отвечает за транспортировку кислорода из легких к различным тканям организма.
Именно способность этого белка эффективно связываться с кислородом и вызвала интерес исследователей. Ученые из Университета Кордовы и Политехнического университета Картахены использовали это свойство для разработки прототипа инновационной цинково-воздушной батареи, работающей с гемоглобином. Подробности опубликованы в журнале .
Каталитическая роль
Важно понимать, что работа батареи основана на реакциях окисления и восстановления двух разных элементов. В случае цинково-воздушной батареи цинк на аноде подвергается реакции окисления, теряя при этом электроны. На катоде кислород, присутствующий в воздухе, вступает в реакцию восстановления, в результате чего цинк получает электроны, которые ранее потерял. Этот поток электронов к катоду вырабатывает электричество. В то же время окисленный кислород вступает в реакцию с водородом из электролита батареи, образуя молекулы воды.
Гемоглобин в новой батарее играет ключевую роль в этом процессе, выступая в качестве катализатора реакции восстановления кислорода. В своем прототипе исследователи использовали всего 0,165 миллиграмма этого вещества. Напомним, что катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, не расходуясь при этом.
По мнению исследователей, гемоглобин идеально соответствует критериям эффективного катализатора благодаря своей природной способности быстро и эффективно связываться с молекулами кислорода. Кроме того, этот белок облегчает реакцию между кислородом и ионами водорода для получения воды, что исследователи также считают очень важным аспектом.
Неперезаряжаемая батарея?
Одной из наиболее перспективных областей применения цинково-воздушной гемоглобиновой батареи является ее использование в имплантируемых медицинских устройствах, таких как кардиостимуляторы. Благодаря своей биосовместимости и способности работать в среде с рН, схожей с рН крови, гемоглобин особенно подходит для встраивания в человеческое тело. Таким образом, использование этих батарей в медицинских устройствах может снизить риск побочных реакций и обеспечить более безопасный и стабильный источник энергии.
Однако, несмотря на многообещающие перспективы, перед исследователями все еще стоит задача сделать батарею перезаряжаемой, поскольку текущая версия предназначена только для одноразового использования. Для этого они изучают возможность использования другого биологического белка, который облегчил бы перезарядку батареи. Этот белок должен быть способен катализировать реакцию, противоположную реакции восстановления кислорода, то есть диссоциировать молекулы воды, что позволит регенерировать и перезаряжать основные компоненты батареи.