Bateriile care ar putea funcționa cu oxigen din corpul uman
De la stimulatoare cardiace la neurostimulatoare, dispozitivele medicale implantabile se bazează pe baterii pentru a menține ritmul cardiac și pentru a reduce durerea. Dar bateriile implantabile se descarcă în cele din urmă și necesită intervenții chirurgicale invazive pentru a fi înlocuite.
Pentru a aborda aceste provocări, cercetătorii din China au conceput bateriile implantabile care funcționează pe baza oxigenului din corp.
Studiul, publicat în jurnalul Chem, arată la șoareci că designul conceptului poate furniza energie stabilă și este compatibil cu sistemul biologic.
„Când te gândești la asta, oxigenul este sursa vieții noastre. Dacă putem profita de aprovizionarea continuă cu oxigen din corp, viața bateriei nu va fi limitată de materialele finite din bateriile convenționale”, spune autorul corespondent Xizheng Liu, care se specializează în materiale și dispozitive energetice la Universitatea de Tehnologie din Tianjin.
Cum se descurcă bateriile implantabile în corpurile șobolanilor?
Pentru a construi o baterie sigură și eficientă, cercetătorii au folosit electrozi dintr-un aliaj pe bază de sodiu și aur nanoporos, un material cu pori de mii de ori mai mici decât lățimea unui fir de păr. Aurul este cunoscut pentru compatibilitatea sa cu sistemele vii, iar sodiul este un element esențial și omniprezent în corpul uman. Electrozii suferă reacții chimice cu oxigenul din corp pentru a produce electricitate. Pentru a proteja bateria, cercetătorii au învelit-o într-un film polimeric poros, moale și flexibil.
Cercetătorii au implantat apoi bateria sub piele pe spatele șoarecilor și au măsurat producția sa electrică. După două săptămâni, au descoperit că bateria poate produce tensiuni stabile cuprinse între 1,3 V și 1,4 V, cu o densitate maximă a puterii de 2,6 µW/cm2. Deși producția nu este suficientă pentru a alimenta dispozitivele medicale, designul arată că este posibil să se exploateze oxigenul din corp pentru energie, subliniază Eurek Alert.
Echipa a evaluat, de asemenea, reacțiile inflamatorii, schimbările metabolice și regenerarea țesutului în jurul bateriei. Șoarecii nu au prezentat inflamație aparentă. Produsele secundare din reacțiile chimice ale bateriei, inclusiv ionii de sodiu, ionii de hidroxid și nivelurile scăzute de peroxid de hidrogen, au fost ușor metabolizate de corp și nu au afectat rinichii și ficatul. Șoarecii s-au vindecat bine după implantare, părul de pe spatele lor regenerându-se complet după patru săptămâni. Spre surpriza cercetătorilor, vasele de sânge s-au regenerat și ele în jurul bateriei.
O multitudine de potențiale utilizări
„Am fost puși în dificultate de ieșirea instabilă de electricitate imediat după implantare. S-a dovedit că trebuie să-i dăm timp rănii să se vindece, pentru ca vasele de sânge să se regenereze în jurul bateriei și să furnizeze oxigen, înainte ca bateria să poată furniza electricitate stabilă. Acest lucru este o descoperire surprinzătoare și interesantă pentru că înseamnă că bateria poate ajuta la monitorizarea vindecării rănilor”, spune Liu.
În viitor, echipa intenționează să îmbunătățească livrarea de energie a bateriei prin explorarea de materiale mai eficiente pentru electrozi și prin optimizarea structurii și a designului bateriei. Liu a subliniat, de asemenea, că bateria este ușor de produs la scară mare, iar alegerea de materiale rentabile poate reduce și mai mult prețul. Bateria echipei ar putea avea și alte scopuri în afara alimentării dispozitivelor medicale.
„Deoarece celulele tumorale sunt sensibile la nivelurile de oxigen, implantarea acestei baterii consumatoare de oxigen în jurul lor ar putea ajuta la înfometarea cancerelor. De asemenea, este posibil să se convertească energia bateriei în căldură pentru a ucide celulele canceroase. De la o nouă sursă de energie la posibile bio-terapii, perspectivele pentru această baterie sunt încântătoare”, spune Liu.
Vă recomandăm să citiți și:
Americanii de vârstă mijlocie sunt mai singuri decât europenii
Tinerii de azi sunt mai puțin fericiți decât generațiile mai în vârstă
Chiar și spațiul cosmic simulat perturbă 91% din expresiile genelor umane