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Batterie biodegradabili per alimentare dispositivi medici intelligenti
Le batterie realizzate con i pigmenti presenti nell'inchiostro di seppia possono portare a fonti di energia commestibili e solubili per nuovi tipi di dispositivi medici. Ricercatori guidati dallo scienziato dei materiali della Carnegie Mellon University Christopher Bettinger ha dimostrato la nuova batteria. Invece di litio ed elettroliti tossici che funzionano davvero bene ma non sono biocompatibili, abbiamo scelto materiali semplici di origine biologica, afferma Bettinger.
I materiali delle batterie convenzionali non sono sicuri all'interno del corpo a meno che non siano racchiusi in ingombranti custodie protettive che devono essere eventualmente rimosse chirurgicamente. L'elettronica che può essere ingerita o impiantata nel corpo senza causare danni potrebbe monitorare la guarigione delle ferite e la progressione della malattia, rilasciare farmaci e attivare sensori e stimolatori neurali e cardiovascolari più sensibili.
Il prototipo di batteria agli ioni di sodio dei ricercatori CMU utilizza la melanina dell'inchiostro di seppia per l'anodo e l'ossido di manganese come catodo. Tutti i materiali della batteria si scompongono in componenti non tossici nel corpo.
Il gruppo CMU sta lavorando sull'elettronica commestibile che può essere inghiottita come pillole. Questi medicinali elettronici potrebbero consentire ai medici di somministrare farmaci proteici sensibili, che normalmente vengono distrutti nello stomaco, per via orale anziché per iniezione. Ciò potrebbe rendere molto più facile l'assunzione di terapie come i farmaci per l'artrite che attualmente devono essere somministrati per via endovenosa in ospedale. Le pillole intelligenti, afferma Bettinger, potrebbero trasportare sensori e circuiti e rilasciare farmaci solo dopo aver superato il duro ambiente dello stomaco e aver raggiunto l'intestino, dove i farmaci verrebbero assorbiti nel corpo. L'elettronica commestibile potrebbe anche essere utilizzata dagli atleti per monitorare la temperatura corporea interna e altri parametri corporei.
Le batterie alla melanina non corrispondono alle prestazioni delle batterie agli ioni di litio, ma non sono necessarie per essere utili, afferma Bettinger, che è stato nominato uno dei Revisione della tecnologia del MIT 35 innovatori under 35 nel 2011 . I prototipi, descritti sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , attualmente forniscono energia sufficiente per far funzionare semplici sensori. Bettinger afferma che stanno lavorando per migliorare la loro produzione di energia e la capacità di stoccaggio sperimentando diverse forme di melanina.
Il gruppo di Bettinger non è il primo a proporre pillole elettroniche. Alcune aziende, tra cui Olympus, producono già capsule che contengono fotocamere; ma questi tipi di sistemi, che utilizzano componenti elettronici e ottici tradizionali per visualizzare l'apparato digerente, non possono essere ingeriti regolarmente, afferma Bettinger.
Un'altra società, Proteus Digital Health di Palo Alto, California, realizza un sistema di monitoraggio della salute personale che include pillole apposte con tag di identificazione digitale. Un piccolo chip che memorizza un numero di identificazione è inserito tra due fogli di metallo che fungono da batteria parziale che il chief technology officer dell'azienda, Mark Zdeblick , chiama una cella biogalvanica. Quando la pillola viene ingerita, i metalli entrano in contatto con gli ioni nello stomaco, attivando il dispositivo consentendo alla corrente di fluire tra le lamine di metallo. Il chip modula la corrente che scorre tra le lamine metalliche per produrre un debole campo elettrico che viene rilevato da un cerotto indossato dal paziente. Ciò consente alle persone e ai professionisti medici di monitorare quando assumono i loro farmaci.
John Rogers , uno scienziato dei materiali che produce elettronica biodegradabile presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, afferma che sarà necessaria più energia per l'elettronica commestibile e impiantabile più sofisticata e un modo per fornirlo è con batterie cariche come quelle di Bettinger.
Rogers sta anche lavorando su batterie biodegradabili per uso medico. In un articolo che sarà pubblicato sulla rivista Materiale avanzato , il suo team descrive batterie realizzate con metalli solubili e tracce di minerali magnesio e molibdeno. Le batterie biodegradabili, afferma Rogers, consentiranno ai dispositivi che entrano nel corpo di monitorare la guarigione delle ferite, erogare la terapia secondo necessità e quindi scomparire naturalmente dopo che la ferita è completamente guarita, eliminando così lo sforzo non necessario sul corpo.