コルドバ大学エネルギー・環境化学研究所（IQUEMA）の研究者らは、ヘモグロビンを利用して電気化学反応を促進し、その機能を約20～30日間維持できる電池を開発した。肺から体内のさまざまな組織に酸素を運ぶ（そして再び二酸化炭素を戻す）赤血球に含まれるタンパク質であるヘモグロビンは、酸素との親和性が非常に高く、生命に不可欠な要素ですが、酸素も役割を果たす亜鉛空気電池などの電気化学デバイスの重要な要素でもあるとしたらどうなるでしょうか?
これはまさに、コルドバ大学 (UCO) の物理化学 (FQM-204) グループと無機化学 (FQM-175) グループがカルタヘナ工科大学のグループと協力して検証し、開発したいと考えているものです。オックスフォード大学でのこれまでの研究とコルドバ大学 (UCO) での最終学位プロジェクトでは、エネルギーが生成されるシステムである還元と酸化 (酸化還元) プロセスにおいて、ヘモグロビンが好ましい特性を持っていることが示されました。
そこで研究チームは、ヘモグロビンを利用して電気化学反応において化学エネルギーを電気エネルギーに変換する概念実証プロジェクトを通じて、初の生体適合性電池（人体に無害）を開発した。
ヘモグロビンは、現在市場で主流の電池であるリチウムイオン電池の最も持続可能な代替品の1つである空気亜鉛電池の触媒として機能します。つまり、ヘモグロビンは、酸素還元反応 (ORR) として知られる電気化学反応を促進する役割を担うタンパク質であり、空気がバッテリーに入るのを可能にします。バッテリーの一部 (カソードまたは正極) で酸素が還元されて水に変換され、電子が放出されてバッテリーの別の部分 (アノードまたは負極) に渡され、そこで亜鉛の酸化が発生します。
UCOの研究者マヌエル・カノ・ルナ氏は次のように説明しています。「酸素還元反応において優れた触媒となるためには、触媒は2つの特性を備えていなければなりません。酸素分子を素早く吸収し、水分子を比較的容易に形成する必要があります。そしてヘモグロビンはこれらの要件を満たしています。」実際、このプロセスを通じて、チームは生体適合性バッテリーのプロトタイプを、0.165 ミリグラムのヘモグロビンを使用して 20 ～ 30 日間動作させることに成功しました。
彼らが開発したバッテリーのプロトタイプには、その強力な性能に加えて、他の利点もあります。まず、湿度の影響を受け、不活性雰囲気で製造する必要がある他の電池とは異なり、空気亜鉛電池は持続可能性が高く、過酷な大気条件にも耐えることができます。
第二に、CanoLuna 氏は次のように述べています。「生体適合性触媒としてヘモグロビンを使用することは、ペースメーカーなどの人体に組み込まれるデバイスでのそのような細胞の使用に大きな期待をもたらします。細胞は血液の pH と同様の pH 7.4 で動作します。さらに、ヘモグロビンはほぼすべての哺乳類に存在するため、動物性タンパク質も使用できます。」
しかし、彼らが開発したバッテリーにはまだ改善の余地がいくつかあります。大事なことは、一次電池なので放電しかできないということです。また、充電もできません。そこで研究チームは、水を酸素に変換してバッテリーを充電できる別の生物学的タンパク質を見つけるという次のステップにすでに着手している。さらに、バッテリーは酸素が存在する場合にのみ機能するため、宇宙では使用できません。
Energy & Fuels 誌に掲載されたこの研究は、モバイル機器の増加が予想され、再生可能エネルギーの需要が増加し、化学エネルギーの形で余剰の電気エネルギーを蓄える機器の使用が必要となる中、電池に代わる新たな機能的代替品への扉を開きます。さらに、現在最も一般的なタイプのリチウムイオン電池は、リチウム不足と有害廃棄物としての環境への影響に悩まされています。
コンパイルされたソース: ScitechDaily