Zulma F. Estrella Chavero1, Allan Vallejo Ruíz2, I. L. Vera-Estrada1, María del C. Bernardino Ruíz1, Luz C. Castillo-Martínez1, Jonatan Gachuz1, J. Héctor Zavala-Gómez1, Luis Chávez Dorantes1, Juan M. Olivares-Ramírez1, D. Dector1, Carlos R. González Vilchis1, Faruk Fontal Rico2, Jimmy A. Morales-Morales3, Víctor M. Ovando-Medina4, Diana Amaya-Cruz5, Andrés Dector6 1 Universidad Tecnológica de San Juan del Río, 76800, San Juan del Río, Querétaro, México. 2 Universidad Autónoma de Occidente, Cali, Valle del Cauca, Colombia. 3 Universidad Santiago de Cali, Facultad de Ciencias Básicas, Grupo de Investigación de Química y Biotecnología, Campus Pampalinda, Cali, Valle del Cauca, Colombia. . 4 Ingeniería Química, Coordinación Académica Región Altiplano (COARA) Universidad Autónoma de San Luis Potosí, 78700, San José de las Torres, Matehuala, San Luis Potosí, México. 5 Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de ingeniería, campus Amealco, 76850, Querétaro, México. 6 CONACYT Universidad Tecnológica de San Juan del Río, 76800, San Juan del Río, Querétaro, México. *Autor de correspondencia: adectore@conacyt.mx
En este trabajo, se presenta la evaluación electroquímica de una celda de combustible microfluídica (?FC, por sus siglas en inglés, microfluidic fuel cell) fabricada de papel absorbente en condiciones biológicas aisladas. El objetivo principal es generar energía mediante el uso de electrodos, empleando levadura convencional inocua (Saccharomyces Cerevisiae) como bioánodo y Pt sobre carbón como cátodo. Para la fabricación del bioánodo, se llevó a cabo una mezcla para inmovilizar la levadura y mejorar la conductividad de energía, usando carbón Vulcan®, óxido de grafeno, alcohol isopropílico, glutaraldehído 1 % y solución tampón pH 5 (VC-OG-AI-GA-STpH5). A esto, se le agregó la levadura previamente adaptada a los requerimientos óptimos para su crecimiento en un medio rico en glucosa y finalmente centrifugada. Por otra parte, la integración de un electrodo expuesto al aire (Pt/C) como cátodo permitió el suministro directo de oxígeno desde el aire. El rendimiento de la celda de combustible microfluídica se evaluó utilizando sangre humana por su contenido de glucosa. La evaluación electroquímica mediante las curvas de descarga y polarización mostraron un voltaje, una densidad de corriente máxima y una densidad de potencia máxima de 1.58 V, 0.528 mA cm-2 y 0.148 mW cm-2, respectivamente. Los resultados obtenidos demostraron que la levadura llevó a cabo la oxidación de la glucosa en sangre humana y que, por lo tanto, podría ser empleada como ánodo en dispositivos de celdas de combustible que a su vez sean empleados como fuentes de poder en dispositivos médicos implantables.
Celda de combustible microfluídica, Saccharomyces Cerevisiae, Inmovilización, Sangre humana.
In this work, the electrochemical evaluation of a microfluidic fuel cell (?FC) made of absorbent paper under isolated biological conditions is presented. The main objective is to generate energy through the use of electrodes, using harmless conventional yeast (Saccharomyces Cerevisiae) as bioanode and Pt on carbon as cathode. For the fabrication of the bioanode, a mixture was made to immobilize the yeast and improve energy conductivity, using Vulcan® carbon, graphene oxide, isopropyl alcohol, glutaraldehyde 1 % and buffer solution pH 5 (VC-OG-AI-GA-STpH5). To this, yeast previously adapted to the optimal requirements for growth in a glucose-rich medium was added and finally centrifuged. Moreover, the integration of an air-exposed electrode (Pt/C) as cathode allowed the direct supply of oxygen from the air. The performance of the microfluidic fuel cell was evaluated using human blood for its glucose content. Electrochemical evaluation using discharge and polarization curves showed a voltage, maximum current density and maximum power density of 1.58 V, 0.528 mA cm-2 and 0.148 mW cm-2, respectively. The obtained results demonstrated that the yeast carried out the oxidation of glucose in human blood and could therefore be used as an anode in fuel cell devices which in turn are used as power sources in implantable medical devices.
microfluidic fuel cell, Saccharomyces Cerevisiae, immobilization, human blood.