Crean proteínas hechas a medida para transportar electricidad y almacenar energía

Las proteínas conductoras, fabricadas en laboratorio a partir de pequeños bloques que se ensamblan como piezas de LEGO, podrían reemplazar en el futuro a los materiales tradicionales empleados en baterías, supercondensadores y dispositivos bioelectrónicos. Un estudio llevado a cabo por investigadores de varios centros del País Vasco demuestra que estas proteínas pueden actuar como materiales sólidos que conducen iones y almacenan energía, una combinación poco habitual en sistemas biológicos.

Publicado en la revista Advanced Materials, el trabajo, liderado por Aitziber L. Cortajarena (CIC biomaGUNE), Reyes Calvo (BCMaterials) y Maica Morant (CIC energiGUNE), forma parte del proyecto europeo e-PROT, que busca crear materiales sostenibles inspirados en la biología. En esta investigación, el equipo utilizó un andamiaje proteico conocido como CTPR (consensus tetratricopeptide repeat), una estructura modular muy estable y fácilmente modificable. Mediante ingeniería genética, introdujeron aminoácidos con carga eléctrica —glutámicos— para aumentar la cantidad de protones móviles y mejorar la conducción iónica dentro del material.

Las proteínas modificadas se depositan sobre electrodos para caracterizar su conductividad. / CIC biomaGUNE

"En este momento, el ámbito de los dispositivos bioelectrónicos puede beneficiarse de gran manera de estas proteínas conductoras debido a su naturaleza biocompatible y su capacidad demostrada de interaccionar con células vivas", explica a SINC Aitziber López Cortajarena.

Por su parte, Maica Morant subraya que el estudio "demuestra además su gran potencial en almacenamiento de energía, especialmente en supercondensadores, donde además de almacenar y liberar energía de manera rápida y eficiente, ofrecen ventajas en sostenibilidad y biocompatibilidad".

Hasta 10 veces más conductoras

Los resultados muestran que las proteínas modificadas son hasta diez veces más conductoras que las originales. Su rendimiento mejora aún más con la incorporación controlada de sal, un proceso que actúa como dopante y facilita el movimiento de los iones. Los experimentos revelan que el transporte eléctrico se basa en una combinación de protones y sales, y que la estructura interna de la proteína crea canales ordenados por los que las cargas se desplazan con facilidad.

Estas proteínas no solo conservan su estructura al ensamblarse en películas delgadas, sino que forman materiales robustos y estables térmicamente. Gracias a estas propiedades, los investigadores fabricaron con ellas un dispositivo de almacenamiento energético similar a un supercondensador. En este prototipo, la película proteica actúa a la vez como separador y electrolito, lo que permite almacenar y liberar energía de manera rápida y eficiente.

Su biocompatibilidad y capacidad para integrarse en sistemas vivos las convierten en candidatas para futuros marcapasos, sensores de glucosa implantables o electrodos cerebrales.

El rendimiento de los dispositivos con proteínas dopadas con NaCl superó al de los supercondensadores convencionales con electrolitos líquidos, al ofrecer mayor capacidad y estabilidad sin necesidad de materiales tóxicos o difíciles de reciclar. Según López Cortajarena, "estas proteínas se diseñan a partir de materiales biocompatibles y biodegradables, lo que permite generar interfaces suaves y estables que interactúan de forma segura con el cuerpo humano".

Las propiedades únicas de las proteínas

Según comenta Reyes Calvo a SINC, "el desarrollo de materiales conductores basados en proteínas podrá sustituir a los que actualmente se utilizan en muchos aparatos médicos. Pero lo más interesante es que también permitirá desarrollar nuevos dispositivos, como sensores o actuadores, que aprovechen las propiedades únicas de las proteínas, como su compatibilidad con las células vivas y la posibilidad de modificarlas para responder a señales fisiológicas".

Maica Morant destaca además la mejora en seguridad: "Al ser materiales naturales, el riesgo de fugas de sustancias tóxicas en el cuerpo es muy bajo. Además, su flexibilidad y ligereza permitirían una adaptación óptima a los dispositivos implantables, mejorando la comodidad y eficacia para los usuarios".

Adaptar el material a distintos usos

El estudio confirma que la ingeniería de proteínas puede emplearse para diseñar materiales con propiedades eléctricas ajustables, algo hasta ahora reservado a polímeros sintéticos. Además, el proceso de producción mediante técnicas biotecnológicas permite obtenerlos de forma sostenible y escalable.

"Para algunas aplicaciones es necesario seguir mejorando sus propiedades —indica Reyes Calvo—. Debemos continuar con estudios fundamentales que nos ayuden a entender mejor cómo funcionan estos sistemas complejos y así poder optimizar al máximo su rendimiento".

En cuanto a su aplicación práctica, López Cortajarena dice a SINC que "todavía quedan varios retos importantes, como optimizar la producción a gran escala y realizar ensayos de durabilidad y validación preclínica". En el caso de los dispositivos de energía, "se debe comprobar que el supercondensador funcione correctamente en condiciones reales y a gran escala, así como realizar pruebas de fiabilidad y seguridad", añade Morant.

El trabajo demuestra el potencial de combinar biología molecular e ingeniería de materiales para desarrollar alternativas sostenibles a los conductores sintéticos. Según las autoras, las proteínas diseñadas podrían aplicarse en el futuro a distintos tipos de dispositivos energéticos y biomédicos gracias a su estabilidad y biocompatibilidad.

Referencia:

Juan David Cortés-Ossa el al. "Engineered Protein-Based Ionic Conductors for Sustainable Energy Storage Applications". Advanced Materials (2025)

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