Las baterías implantables pueden funcionar con el oxígeno del propio cuerpo
"Desde una nueva fuente de energía hasta potenciales bioterapias, las perspectivas de esta batería son apasionantes"
Desde marcapasos a neuroestimuladores, los dispositivos médicos implantables dependen de baterías para mantener el ritmo cardíaco y amortiguar el dolor. Pero las baterías acaban agotándose y su sustitución requiere cirugías invasivas. Para resolver estos problemas, unos investigadores chinos han ideado una batería implantable que funciona con el oxígeno del cuerpo. El estudio, publicado el 27 de marzo en la revista Chem, demuestra en ratas que el diseño de prueba de concepto puede suministrar energía estable y es compatible con el sistema biológico.
Batería de Na-O2 implantable y biocompatible
Chem/Lv et al., CC BY-SA
"El oxígeno es la fuente de nuestra vida", afirma Xizheng Liu, autor del trabajo y especialista en materiales y dispositivos energéticos de la Universidad Tecnológica de Tianjin. "Si podemos aprovechar el suministro continuo de oxígeno en el cuerpo, la duración de la batería no estará limitada por los materiales finitos de las baterías convencionales".
Para construir una batería segura y eficiente, los investigadores fabricaron sus electrodos con una aleación a base de sodio y oro nanoporoso, un material con poros miles de veces más pequeños que la anchura de un cabello. El oro es conocido por su compatibilidad con los sistemas vivos, y el sodio es un elemento esencial y omnipresente en el cuerpo humano. Los electrodos reaccionan químicamente con el oxígeno del cuerpo para producir electricidad. Para proteger la pila, los investigadores la envolvieron en una película de polímero poroso, blando y flexible.
A continuación implantaron la batería bajo la piel del lomo de las ratas y midieron su producción de electricidad. Dos semanas después, descubrieron que la batería puede producir tensiones estables de entre 1,3 V y 1,4 V, con una densidad de potencia máxima de 2,6 µW/cm2. Aunque la salida es insuficiente para alimentar dispositivos médicos, el diseño demuestra que es posible aprovechar el oxígeno del cuerpo para obtener energía.
El equipo también evaluó las reacciones inflamatorias, los cambios metabólicos y la regeneración tisular alrededor de la batería. Las ratas no mostraron inflamación aparente. Los subproductos de las reacciones químicas de la pila, como iones de sodio, iones de hidróxido y bajos niveles de peróxido de hidrógeno, fueron metabolizados fácilmente por el organismo y no afectaron a los riñones ni al hígado. Las ratas se curaron bien tras la implantación, y el pelo del lomo les volvió a crecer por completo al cabo de cuatro semanas. Para sorpresa de los investigadores, los vasos sanguíneos también se regeneraron alrededor de la pila.
"Nos extrañaba la inestabilidad de la producción de electricidad justo después de la implantación", explica Liu. Resultó que teníamos que dar tiempo a la herida para que cicatrizara, para que los vasos sanguíneos se regeneraran alrededor de la batería y suministraran oxígeno, antes de que la batería pudiera proporcionar electricidad estable". Es un hallazgo sorprendente e interesante porque significa que la batería puede ayudar a controlar la cicatrización de la herida."
A continuación, el equipo planea aumentar el suministro de energía de la batería explorando materiales más eficientes para los electrodos y optimizando la estructura y el diseño de la batería. Liu también señaló que la batería es fácil de fabricar y que la elección de materiales rentables puede reducir aún más su precio. La batería del equipo puede tener otros usos además de alimentar dispositivos médicos.
"Como las células tumorales son sensibles a los niveles de oxígeno, implantar esta batería que consume oxígeno a su alrededor podría ayudar a matar de hambre a los cánceres. También es posible convertir la energía de la batería en calor para matar las células cancerosas", afirma Liu. "Desde una nueva fuente de energía hasta posibles bioterapias, las perspectivas de esta batería son apasionantes".
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