Los dispositivos médicos implantables, como marcapasos y neuroestimuladores, son esenciales para mantener la salud y el bienestar de muchos pacientes. Sin embargo, su dependencia de las baterías convencionales plantea desafíos en términos de vida útil limitada y la necesidad de procedimientos quirúrgicos invasivos para reemplazarlas.
Investigadores chinos han desarrollado un nuevo enfoque para resolver estos problemas mediante la creación de una batería implantable que utiliza el oxígeno presente en el cuerpo como fuente de energía.
Una batería “revolucionaria” alimentada por el oxígeno del cuerpo
En un estudio publicado en la revista científica química, investigadores de la Universidad Tecnológica de Tianjin han presentado una innovadora batería implantable que obtiene su energía del oxígeno presente en el cuerpo. Según Xizheng Liu, autor principal del estudio y especialista en materiales y dispositivos energéticos, este enfoque permite superar los límites de la vida útil impuestas por los materiales acabados de las baterías convencionales.
Para diseñar una batería segura y eficiente, los investigadores utilizaron electrodos hechos de una aleación basada en sodio y D’oro nanoporoso, un material cuyos poros son miles de veces más pequeños que el grosor de un cabello. El oro es conocido por su compatibilidad con los sistemas vivos, mientras que el sodio es un elemento esencial y ubicuo en el cuerpo humano. Los electrodos sufren reacciones químicas con el oxígeno presente en el cuerpo para producir electricidad.
La batería está protegida por una película de polímero porosa, suave y flexible.
Resultados prometedores en ratas
Los investigadores implantaron la batería debajo de la piel del lomo de ratas y midieron su producción de electricidad. Dos semanas después de la implantación, descubrieron que la batería podía producir voltajes estables entre 1,3 V y 1,4 V, con una densidad de potencia máxima de 2,6 µW/cm2. Aunque esta potencia es insuficiente para alimentar dispositivos médicos, el diseño demuestra que es posible aprovechar el oxígeno presente en el cuerpo para producir energía.
El equipo también evaluó reacciones inflamatorias, cambios metabólicos y regeneración de tejidos alrededor de la batería. Las ratas no mostraron inflamación aparente.
Los subproductos de las reacciones químicas de las baterías, incluidos los iones de sodio, los iones de hidróxido y los bajos niveles de peróxido de hidrógeno, fueron fácilmente metabolizados por el cuerpo y no afectaron los riñones ni el hígado. Las ratas sanaron bien después de la implantación y el pelo de la espalda volvió a crecer por completo después de cuatro semanas. Para sorpresa de los investigadores, alrededor de la batería también se regeneraron vasos sanguíneos.
Perspectivas de futuro y aplicaciones potenciales
El equipo planea mejorar la producción de energía de la batería explorando materiales más eficientes para los electrodos y optimizando la estructura y el diseño de la batería. Xizheng Liu también señaló que la batería es fácil de producir a gran escala y que la elección de materiales rentables puede reducir aún más su precio. La batería desarrollada por el equipo también podría tener otras aplicaciones además de alimentar dispositivos médicos.
Dado que las células tumorales son sensibles a los niveles de oxígeno, implantar esta batería que consume oxígeno alrededor de un tumor podría ayudar a matar de hambre a las células cancerosas. También es posible convertir la energía de la batería en calor para destruir las células cancerosas.
Según Xizheng Liu, las perspectivas de esta batería son apasionantes y van desde una nueva fuente de energía hasta posibles bioterapias.
Leyenda de la ilustración: Batería de Na-O2 implantable y biocompatible. Crédito: Chem/Lv et al.
Artículo: “Batería de Na-O2 implantable y biocompatible” – DOI: 10.1016/j.chempr.2024.02.012
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