Pesquisadores desenvolveram uma bateria feita de materiais biodegradáveis que pode ser engolida para fornecer energia a dispositivos médicos dentro do corpo e, depois, se decompor gradualmente. Em testes realizados com porcos, a tecnologia conseguiu alimentar equipamentos por até três dias antes de perder progressivamente sua capacidade e se degradar.
A ideia é criar uma fonte de energia para dispositivos médicos temporários que atuem no sistema gastrointestinal sem a necessidade de uma cirurgia posterior para retirar uma bateria convencional. Entre as possíveis aplicações estão equipamentos capazes de detectar sangramentos, administrar medicamentos ou estimular tecidos e órgãos específicos.
A bateria ainda não foi testada em humanos. Segundo os pesquisadores, porém, os resultados em animais indicam que o conceito pode ser utilizado em dispositivos ingeríveis de baixa potência.
Como funciona a bateria
- A tecnologia foi descrita em estudo publicado na revista Nature Chemical Engineering. A bateria é construída em camadas;
- O ânodo, que corresponde ao terminal negativo, é formado por uma liga de magnésio, enquanto o cátodo, terminal positivo, utiliza trióxido de molibdênio e carbono ativado;
- Entre os dois componentes existe um eletrólito biodegradável responsável por permitir a geração de corrente elétrica. Os materiais utilizados foram adaptados para formar uma estrutura fina e porosa semelhante a papel, com nanofibrilas de celulose funcionando como aglutinante;
- Segundo Giovanni Traverso, coautor do estudo e diretor do Laboratório de Engenharia Translacional do MIT, a estrutura de papel aumenta a resistência da bateria e permite controlar melhor sua degradação sem impedir a geração de eletricidade;
- Para evitar que a bateria se degradasse rapidamente no ambiente ácido do estômago, os pesquisadores aplicaram uma camada de cera de abelha. Algumas versões também receberam uma camada de cera de candelila, derivada do arbusto Euphorbia antisyphilitica, para aumentar o tempo de proteção.
“A cobertura de cera não é simplesmente uma embalagem”, explicou Traverso ao Live Science. “É um elemento fundamental do design que controla a vida útil funcional.”
Os pesquisadores produziram duas versões da bateria, incluindo uma pequena o suficiente para caber dentro de uma cápsula convencional de gelatina.
Em testes de laboratório, a versão menor produziu cerca de 1,77 volt e conseguiu armazenar e fornecer 2 miliampère-hora por centímetro quadrado, capacidade suficiente para alimentar dispositivos eletrônicos de baixo consumo.
A versão maior produziu aproximadamente 1,84 volt e alcançou capacidade máxima de 3,5 miliampère-hora. Segundo Reza Ghodssi, professor de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Maryland que não participou do estudo, a capacidade ainda é baixa e precisaria aumentar em uma ordem de magnitude para tornar a tecnologia ainda mais promissora.
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Testes dentro do organismo
Os pesquisadores colocaram os protótipos dentro de cápsulas produzidas por impressão 3D e administraram os dispositivos oralmente aos porcos com o auxílio de um endoscópio.
As duas versões funcionaram por até três dias, enquanto sua tensão e capacidade diminuíam à medida que os componentes se degradavam.
A bateria maior caiu de aproximadamente 1,8 volt para 1,6 volt após um dia e chegou a cerca de 1,45 volt no terceiro dia. Já a versão menor passou de 1,7 volt para aproximadamente 1,35 volt no mesmo período.
Os pesquisadores utilizaram as baterias para alimentar dois tipos de dispositivos médicos nos animais.
A versão menor alimentou uma etiqueta de identificação por radiofrequência (RFID, na sigla em inglês), posicionada no esôfago. O dispositivo conseguiu se comunicar sem fio com um receptor localizado a até 1,5 metro de distância e permitiu aos pesquisadores identificar quando os porcos engoliam um medicamento.
Já a bateria maior alimentou uma cápsula ingerível capaz de estimular eletricamente o estômago. O estímulo aumentou os níveis do hormônio grelina, associado à sensação de fome, no sangue dos animais, sem provocar danos visíveis no tecido no local da estimulação.
Apesar de a bateria e seus componentes biodegradáveis terem se decomposto, a placa eletrônica utilizada no experimento de estimulação do estômago não era biodegradável. Os porcos eliminaram o componente naturalmente.
Para John Rogers, cientista de materiais da Northwestern University que não participou do estudo, tornar todas as partes do dispositivo capazes de serem reabsorvidas pelo organismo poderia eliminar o risco de algum componente remanescente ficar preso no trato gastrointestinal.
Próximos passos
O principal desafio agora é controlar a duração do funcionamento da bateria e tornar sua degradação mais previsível, segundo Traverso.
Os pesquisadores identificaram diferenças de desempenho entre as baterias e atribuíram a variação a fatores como a quantidade de contato entre as camadas, a distribuição do eletrólito e diferenças na espessura do revestimento de cera.
A equipe trabalha para padronizar a fabricação e ajustar a cobertura para que as baterias possam ser projetadas para funcionar durante períodos específicos, que podem variar de horas a dias.
Os pesquisadores também planejam realizar testes mais longos em condições que reproduzam com maior fidelidade o sistema gastrointestinal humano. Segundo Traverso, a equipe trabalha para iniciar um primeiro ensaio clínico do sistema RFID em aproximadamente dois anos.
O post Cientistas criam bateria de papel que pode ser engolida para alimentar dispositivos médicos dentro do organismo apareceu primeiro em Olhar Digital.
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