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Baterías biodegradables para alimentar dispositivos médicos inteligentes
Las baterías fabricadas con pigmentos que se encuentran en la tinta de sepia pueden generar fuentes de energía comestibles y solubles para nuevos tipos de dispositivos médicos. Investigadores dirigidos por el científico de materiales de la Universidad Carnegie Mellon Christopher Bettinger demostró la nueva batería. En lugar de litio y electrolitos tóxicos que funcionan muy bien pero no son biocompatibles, elegimos materiales simples de origen biológico, dice Bettinger.
Los materiales de batería convencionales no son seguros dentro del cuerpo a menos que estén encerrados en estuches protectores voluminosos que eventualmente deben ser removidos quirúrgicamente. Los dispositivos electrónicos que pueden ingerirse o implantarse en el cuerpo sin causar daño podrían monitorear la curación de heridas y la progresión de la enfermedad, liberar medicamentos y habilitar sensores y estimuladores neurales y cardiovasculares más sensibles.
El prototipo de batería de iones de sodio de los investigadores de CMU utiliza melanina de tinta de sepia para el ánodo y óxido de manganeso como cátodo. Todos los materiales de la batería se descomponen en componentes no tóxicos en el cuerpo.
El grupo CMU está trabajando en productos electrónicos comestibles que se pueden tragar como pastillas. Estos medicamentos electrónicos podrían permitir a los médicos administrar fármacos proteicos sensibles, que normalmente se destruyen en el estómago, por vía oral en lugar de inyectarse. Esto podría hacer que las terapias como los medicamentos para la artritis que actualmente deben administrarse por vía intravenosa en el hospital sean mucho más fáciles de tomar. Las píldoras inteligentes, dice Bettinger, podrían transportar sensores y circuitos y liberar medicamentos solo después de que hayan pasado el duro ambiente del estómago y lleguen al intestino, donde los medicamentos serían absorbidos por el cuerpo. Los atletas también podrían utilizar productos electrónicos comestibles para controlar su temperatura corporal central y otras métricas corporales.
Las baterías de melanina no igualan el rendimiento de las baterías de iones de litio, pero no tienen que serlo para que sean útiles, dice Bettinger, quien fue nombrado uno de los Revisión de tecnología del MIT 35 innovadores menores de 35 años en 2011. Los prototipos, descritos en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , actualmente proporcionan suficiente energía para hacer funcionar sensores simples. Bettinger dice que están trabajando para mejorar su producción de energía y capacidad de almacenamiento al experimentar con diferentes formas de melanina.
El grupo de Bettinger no es el primero en proponer píldoras electrónicas. Algunas empresas, incluida Olympus, ya fabrican cápsulas que contienen cámaras; pero este tipo de sistemas, que utilizan componentes electrónicos y ópticos tradicionales para obtener imágenes del sistema digestivo, no se pueden tragar con regularidad, dice Bettinger.
Otra compañía, Salud digital de Proteus de Palo Alto, California, fabrica un sistema de control de la salud personal que incluye píldoras adheridas con etiquetas de identificación digital. Un pequeño chip que almacena un número de identificación se intercala entre dos láminas de metal que actúan como una batería parcial que el director de tecnología de la empresa, Mark Zdeblick , llama una célula biogalvánica. Cuando se ingiere la píldora, los metales entran en contacto con los iones en el estómago, lo que activa el dispositivo al permitir que la corriente fluya entre las láminas metálicas. El chip modula la corriente que fluye entre las láminas de metal para producir un campo eléctrico débil que es detectado por un parche que lleva el paciente. Esto permite que las personas y los profesionales médicos controlen cuándo toman sus medicamentos.
John Rogers , un científico de materiales que fabrica productos electrónicos biodegradables en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, dice que se necesitará más energía para productos electrónicos comestibles e implantables más sofisticados, y una forma de hacerlo es con baterías llenas como las de Bettinger.
Rogers también está trabajando en baterías biodegradables para uso médico. En un artículo que se publicará en la revista Materiales avanzados , su equipo describe baterías hechas de metales solubles y minerales traza magnesio y molibdeno. Las baterías biodegradables, dice Rogers, permitirán que los dispositivos que entran en el cuerpo monitoreen la curación de heridas, administren la terapia según sea necesario y luego desaparezcan naturalmente después de que la herida esté completamente curada, eliminando así la tensión innecesaria en el cuerpo.