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Nova bateria pode ser absorvida pelo corpo

Energia gerada no interior dos tecidos pode ser empregada para monitorar sinais vitais ou liberar medicamentos 

 

Universidade de Illinois
 

Por Mark Peplow e Revista Nature

 

Uma bateria biodegradável e implantável poderia ajudar no desenvolvimento de dispositivos biomédicos que monitoram tecidos, ou liberar medicamentos antes de ser reabsorvida pelo corpo após o uso.

“Esse é um grande avanço”, declara Jeffrey Borenstein, engenheiro biomédico do Laboratório Draper, um centro de pesquisa e desenvolvimento sem fins lucrativos em Cambridge, Massachusetts. “Até recentemente, não havia muito progresso nessa área”.

Em 2012, o cientista de materiais John Rogers, da University of Illinois em Urbana-Champaign revelou vários chips biodegradáveis de silício que poderiam monitorar temperatura ou tensão mecânica, transmitir os resultados para dispositivos externos, e até aquecer tecidos para evitar infecções. Alguns dos chips se baseavam em bobinas de indução para retirar energia de uma fonte externa sem fio.

Mas a transferência de energia é problemática para dispositivos que precisam ser inseridos nos tecidos ou ossos, observa Borenstein. Os componentes que recebem a energia também são bastante complexos: “qualquer coisa que adicionarmos será excessivo”, aponta ele. Para conseguir uma solução mais simples, Rogers e seus colaboradores criaram uma bateria totalmente biodegradável.

Dispositivos solúveis

Seus dispositivos, descritos na semana passada em Advanced Materials, usam ânodos de folhas de magnésio e cátodos de ferro, molibdênio ou tungstênio. Todos esses metais se dissolvem lentamente no corpo, e seus íons são biocompatíveis em pequenas concentrações. O eletrólito entre os dois polos é uma solução salina com fosfato, e todo o sistema fica envolto em um polímero biodegradável conhecido como polianidrido.

Correntes e voltagens variam dependendo do metal usado no cátodo. Uma célula de um centímetro quadrado com um ânodo de magnésio de 50 micrômetros de espessura e um cátodo de molibdênio com oito micrômeteros de espessura produz uma corrente estável de 2,4 miliamperes, por exemplo. Uma vez dissolvida, a bateria libera menos de nove miligramas de magnésio – aproximadamente o dobro do magnésio de um stent [tubo de malha de metal muito usado como suporte a vasos sanguíneos avariados]coronário que já teve sucesso em testes clínicos; é improvável que essa concentração traga problemas para o corpo, explica Rogers. “Quase todos os elementos fundamentais estão disponíveis atualmente” para produzir implantes biodegradáveis, auto-energizados.

Todas as versões conseguem manter uma produção de energia estável durante mais de um dia, mas não vão muito além. A equipe espera melhorar a relação de energia por unidade de peso das baterias – conhecida como densidade energética – padronizando a superfície da folha de magnésio para aumentar sua área de superfície, o que deve aumentar sua reatividade. Os autores estimam que uma bateria medindo 0,25cm² e com apenas um micrômetro de espessura poderia alimentar um sensor implantável sem fio durante um dia.

No campo

Os dispositivos também poderiam encontrar aplicações ambientais, aponta Borenstein. Para ajudar, por exemplo, trabalhos de remediação durante um vazamento de óleo, oficiais ambientais poderiam lançar centenas de milhares de minúsculos sensores químicos sem fio pela mancha. Eles simplesmente se dissolveriam no oceano. Espaço não é uma preocupação tão grande nessas aplicações: um conjunto de várias células, por exemplo, pode produzir até 1,6 volts – energia suficiente para alimentar um LED ou gerar um sinal de rádio.

Baterias de magnésio não são a única solução. No ano passado, o cientista de biomateriais Christopher Bettinger da Carnegie Mellon University em Pittsburgh, na Pennsylvania, revelou uma bateria comestível de íons de sódio com eletrodos feitos a partir de pigmentos de melanina. Mas a equipe de Rogers relata que suas baterias de magnésio têm uma corrente e uma densidade energética relativamente maiores, e que duram mais tempo.

Borenstein espera que mais pesquisas com esses dois tipos de baterias levem a dispositivos implantáveis de aplicação de medicamentos que são controlados por sinais de rádio, ou que liberem fármacos em resposta a problemas agudos específicos, como uma crise epilética.

 

Este artigo foi reproduzido com permissão da revista Nature. O artigo foi publicado pela primeira vez em 24 de março de 2014.