Desarrollo de electrodos bio-híbridos nanoestructurados

DIEGO MASSAZZA; JUAN PABLO BUSALMEN; RODRIGO PARRA; HERNÁN E. ROMEO

San Carlos de Bariloche

Encuentro; XIV Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2014

La preparación de cultivos celulares confinados (biofilms) capaces de transformar energía química en corriente eléctrica ha emergido en los últimos años como un área de investigación de considerable interés. Diversos estudios han demostrado la capacidad que tienen las bacterias del género Geobacter para producir corriente eléctrica a partir de la oxidación de materia orgánica, intercambiando los electrones provenientes de dicha oxidación con un electrodo polarizado, el cual es utilizado como soporte para el crecimiento celular. Este fenómeno bioelectrocatalítico constituye el principio de funcionamiento de las denominadas celdas de combustible microbianas (MFCs). Las MFCs están constituidas por dos compartimientos, uno catódico y uno anódico. Los ánodos generalmente utilizados constan de barras (no porosas) de grafito sumergidas en el medio de cultivo bacteriano, sobre las cuales las células se desarrollan. El inconveniente que presentan estos dispositivos es que el desarrollo del biofilm sobre estos ánodos conduce a una caída de potencial interna debido a la resistencia intrínseca del material biológico. Esto hace que la mayor parte de las células no contribuya a la producción de corriente, de manera que las aplicaciones que hacen uso de estos films electroactivos no son aun económicamente sustentables. En este trabajo se utilizó la técnica de congelamiento direccional en la producción de matrices cerámicas macroporosas, para generar estructuras capaces de servir como soporte alternativo al grafito para el desarrollo de biofilms electrogénicos. Debido al requerimiento de conductividad eléctrica, se trabajó con óxidos de titanio conductores (fases de Magnéli) como material matriz. Una vez obtenidas las plataformas porosas conductoras se procedió al crecimiento celular (Geobacter sulfurreducens) en su interior, utilizando medio de cultivo estándar para esta cepa. Se demostró la capacidad de los sistemas desarrollados como electrodos híbridos en MFCs, obteniéndose una mayor densidad volumétrica de corriente (3 veces superior) en comparación con las barras de grafito convencionales.