Clau per emportar
- Els investigadors del MIT van desenvolupar una nova cèl·lula d'energia que funciona utilitzant la glucosa del vostre cos.
- Les cèl·lules podrien alimentar dispositius mèdics i ajudar les persones que implanten aparells electrònics al seu cos per comoditat.
- Els dispositius implantables han de ser tan petits com sigui possible per minimitzar el seu impacte en els pacients.
El teu propi cos podria ser una font d'energia per a futurs gadgets.
Els científics del MIT han desenvolupat una pila de combustible alimentada amb glucosa que podria alimentar implants i sensors en miniatura. El dispositiu mesura aproximadament 1/100 del diàmetre d'un cabell humà i genera uns 43 microwatts per centímetre quadrat d'electricitat. Les piles de combustible podrien ser útils en medicina i en el petit però creixent nombre de persones que implanten aparells electrònics al seu cos per comoditat.
"Les piles de combustible de glucosa poden ser útils per alimentar dispositius implantables amb un combustible fàcilment disponible al cos", Philipp Simons, que va desenvolupar el disseny com a part del seu doctorat. tesi, va dir a Lifewire en una entrevista per correu electrònic. "Per exemple, ens imaginem utilitzar la nostra cèl·lula de combustible de glucosa per alimentar sensors altament miniaturitzats que mesuren les funcions del cos. Penseu en el control de la glucosa per als pacients amb diabetis, el seguiment de les condicions cardíaques o el seguiment de biomarcadors que identifiquen l'evolució d'un tumor."
Petit però poderós
El repte més gran en el disseny de la nova pila de combustible va ser crear un disseny prou petit, va dir Simons. Va afegir que els dispositius implantables han de ser tan petits com sigui possible per minimitzar el seu impacte en els pacients.
"Actualment, les bateries són molt limitades pel que fa al petit que poden ser: si feu una bateria més petita, redueix la quantitat d'energia que pot proporcionar", va dir Simons. "Hem demostrat que amb un dispositiu 100 vegades més prim que un cabell humà, podem proporcionar energia suficient per alimentar sensors en miniatura."
Tenint en compte el petit que és la nostra pila de combustible, es poden imaginar dispositius implantables que només tenen uns pocs micròmetres de mida.
Simons i els seus col·laboradors van haver de fer que el nou dispositiu fos capaç de generar electricitat i prou resistent per suportar temperatures de fins a 600 graus centígrads. Si s'utilitza en un implant mèdic, la pila de combustible hauria de passar per un procés d'esterilització a alta temperatura.
Per trobar un material que pogués suportar la calor elevada, els investigadors van recórrer a la ceràmica, que conserva les seves propietats electroquímiques fins i tot a altes temperatures. Els investigadors preveuen que el nou disseny es podria convertir en pel·lícules o recobriments ultrafins i embolicar-se al voltant dels implants per alimentar de manera passiva l'electrònica, utilitzant l'abundant subministrament de glucosa del cos.
La idea de la nova pila de combustible va sorgir l'any 2016 quan Jennifer L. M. Rupp, directora de tesi de Simons i professora del MIT, especialitzada en ceràmica i dispositius electroquímics, es va fer una prova de glucosa durant el seu embaràs.
"A l'oficina del metge, era un electroquímic molt avorrit, pensant què podries fer amb el sucre i l'electroquímica", va dir Rupp en un comunicat de premsa. "Llavors em vaig adonar que seria bo tenir un dispositiu d'estat sòlid alimentat amb glucosa. I en Philipp i jo ens vam conèixer prenent un cafè i vam escriure en un tovalló els primers dibuixos."
Les piles de combustible de glucosa es van introduir per primera vegada a la dècada de 1960, però els primers models es basaven en polímers tous. Aquestes primeres fonts de combustible es van substituir per bateries de iodur de liti.
"Fins ara, les bateries s'utilitzen normalment per alimentar dispositius implantables com els marcapassos", va dir Simons. "No obstant això, aquestes bateries acabaran sense energia, cosa que significa que s'ha de substituir regularment un marcapassos. En realitat, això és una gran font de complicacions."
El futur pot ser petit i implantable
A la recerca d'una solució de pila de combustible que pogués durar indefinidament a l'interior del cos, l'equip va introduir un electròlit amb un ànode i un càtode fets de platí, un material estable que reacciona fàcilment amb la glucosa.
El tipus de materials de la nova pila de combustible de glucosa permet flexibilitat pel que fa a on es pot implantar al cos. "Per exemple, pot suportar l'entorn corrosiu del sistema digestiu, que podria permetre que nous sensors controlin mal alties cròniques com la síndrome de l'intestí irritable", va dir Simons..
Els investigadors van col·locar les cèl·lules en hòsties de silici, demostrant que els dispositius es poden emparellar amb un material semiconductor comú. A continuació, van mesurar el corrent produït per cada cèl·lula mentre feien fluir una solució de glucosa sobre cada hòstia en una estació de prova fabricada a mida.
Moltes cèl·lules van produir una tensió màxima d'uns 80 mil·livolts, segons els resultats publicats en un article recent a la revista Advanced Materials. Els investigadors afirmen que aquesta és la densitat de potència més alta de qualsevol disseny de pila de combustible de glucosa.
Les piles de combustible de glucosa poden ser útils per alimentar dispositius implantables amb un combustible disponible al cos.
L'equip del MIT ha "obert una nova ruta a fonts d'energia en miniatura per a sensors implantats i potser altres funcions", Truls Norby, professor de química a la Universitat d'Oslo a Noruega, que no va contribuir al treball. va dir en un comunicat de premsa. "Les ceràmiques utilitzades són no tòxiques, barates i no [el] menys inerts, tant per a les condicions del cos com per a les condicions d'esterilització abans de la implantació. El concepte i la demostració fins ara són prometedors."
Simons va dir que les noves piles de combustible podrien permetre classes completament noves de dispositius en el futur. "Tenint en compte el petit que és la nostra pila de combustible, es pot imaginar dispositius implantables que només tenen uns pocs micròmetres grans", va afegir. "I si ara poguéssim abordar cèl·lules individuals amb dispositius implantables?"
