Baterias implantáveis podem funcionar com o oxigênio do próprio corpo
Na-O implantável e biocompatível2 bateria. Crédito:Química (2024). DOI:10.1016/j.chempr.2024.02.012 De marca-passos a neuroestimuladores, os dispositivos médicos implantáveis dependem de baterias para manter o coração batendo e aliviar a dor. Mas as baterias eventualmente ficam fracas e exigem cirurgias invasivas para serem substituídas.
Para enfrentar estes desafios, investigadores na China desenvolveram uma bateria implantável que funciona com oxigénio do corpo. O estudo, publicado em 27 de março na revista Chem , mostra que em ratos o projeto de prova de conceito pode fornecer energia estável e é compatível com sistemas biológicos.
“Quando você pensa sobre isso, o oxigênio é a fonte da nossa vida”, diz o autor correspondente Xizheng Liu, especializado em materiais e dispositivos energéticos na Universidade de Tecnologia de Tianjin. “Se pudermos aproveitar o fornecimento contínuo de oxigênio no corpo, a vida útil da bateria não será limitada pelos materiais finitos das baterias convencionais”.
Para construir uma bateria segura e eficiente, os pesquisadores fabricaram seus eletrodos com uma liga à base de sódio e ouro nanoporoso, um material com poros milhares de vezes menores que a largura de um fio de cabelo. O ouro é conhecido pela sua compatibilidade com os sistemas vivos e o sódio é um elemento essencial e onipresente no corpo humano. Os eletrodos sofrem reações químicas com o oxigênio do corpo para produzir eletricidade. Para proteger a bateria, os pesquisadores a envolveram em uma película de polímero porosa, macia e flexível.
Os pesquisadores então implantaram a bateria sob a pele das costas dos ratos e mediram sua produção de eletricidade. Duas semanas depois, eles descobriram que a bateria poderia produzir tensões estáveis entre 1,3 V e 1,4 V, com uma densidade de potência máxima de 2,6 µW/cm
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. Embora a saída seja insuficiente para alimentar dispositivos médicos, o projeto mostra que é possível aproveitar o oxigênio do corpo para obter energia.
A equipe também avaliou reações inflamatórias, alterações metabólicas e regeneração dos tecidos ao redor da bateria. Os ratos não apresentaram inflamação aparente. Os subprodutos das reações químicas da bateria, incluindo íons sódio, íons hidróxido e baixos níveis de peróxido de hidrogênio, foram facilmente metabolizados pelo organismo e não afetaram os rins e o fígado. Os ratos cicatrizaram bem após a implantação, com os pelos das costas completamente crescidos após quatro semanas. Para surpresa dos pesquisadores, os vasos sanguíneos também se regeneraram ao redor da bateria.
“Ficamos intrigados com a produção instável de eletricidade logo após a implantação”, diz Liu. "Acontece que tivemos que dar tempo para a ferida cicatrizar, para que os vasos sanguíneos se regenerassem ao redor da bateria e fornecessem oxigênio, antes que a bateria pudesse fornecer eletricidade estável. Esta é uma descoberta surpreendente e interessante porque significa que a bateria pode ajudar a monitorar cicatrização de feridas."
Em seguida, a equipe planeja aumentar o fornecimento de energia da bateria explorando materiais mais eficientes para os eletrodos e otimizando a estrutura e o design da bateria. Liu também observou que a produção da bateria é fácil de aumentar e que a escolha de materiais econômicos pode reduzir ainda mais o preço. A bateria da equipe também pode ter outras finalidades além de alimentar dispositivos médicos.
"Como as células tumorais são sensíveis aos níveis de oxigênio, implantar esta bateria consumidora de oxigênio em torno delas pode ajudar a matar o câncer de fome. Também é possível converter a energia da bateria em calor para matar as células cancerígenas", diz Liu. "Desde uma nova fonte de energia até potenciais bioterapias, as perspectivas para esta bateria são animadoras."
