I dispositivi medici impiantabili dai pacemaker ai neurostimolatori, si affidano alle batterie per mantenere il battito cardiaco e attenuare il dolore, ma le batterie finiscono per esaurirsi e richiedono interventi chirurgici invasivi per essere sostituite.
Ricercatori cinesi per affrontare queste sfide, hanno ideato una batteria impiantabile che funziona con l’ossigeno presente nel corpo. Lo studio, pubblicato nella rivista Chem, dimostra che nei ratti il progetto proof-of-concept è in grado di fornire energia stabile ed è compatibile con i sistemi biologici.
Xizheng Liu, specializzato in materiali e dispositivi energetici presso la Tianjin University of Technology, tra gli autori del dispositivo, ha affermato:
«Se ci pensiamo, l’ossigeno è la fonte della nostra vita, se riusciamo a sfruttare l’apporto continuo di ossigeno nel corpo, la durata delle batterie non sarà condizionata dai materiali limitati delle batterie convenzionali».
Il team di ricercatori per costruire una batteria sicura ed efficiente, hanno realizzato gli elettrodi con una lega a base di sodio e oro nanoporoso, un materiale con pori migliaia di volte più piccoli della larghezza di un capello. L’oro è noto per la sua compatibilità con i sistemi viventi e il sodio è un elemento essenziale e onnipresente nel corpo umano.
Gli elettrodi subiscono reazioni chimiche con l’ossigeno del corpo per produrre elettricità, i ricercatori per proteggere la batteria, l’hanno racchiusa in una pellicola polimerica porosa, morbida e flessibile, hanno quindi impiantato la batteria sotto la pelle del dorso dei topi e ne hanno misurato la produzione di elettricità.
Il team di ricercatori due settimane dopo, hanno scoperto che la batteria poteva produrre tensioni stabili tra 1,3 V e 1,4 V, con una densità di potenza massima di 2,6 µW/cm2. La potenza sebbene sia insufficiente per alimentare dispositivi medici, il progetto dimostra che è possibile sfruttare l’ossigeno del corpo per ottenere energia.
Il team di ricercatori ha anche valutato le reazioni infiammatorie, i cambiamenti metabolici e la rigenerazione dei tessuti intorno alla batteria. I topi non hanno mostrato alcuna infiammazione apparente: i sottoprodotti delle reazioni chimiche della batteria, tra cui ioni sodio, ioni idrossido e bassi livelli di perossido di idrogeno, sono stati facilmente metabolizzati dall’organismo e non hanno avuto effetti sui reni e sul fegato. I topi sono guariti bene dopo l’impianto, i peli sulla schiena sono ricresciuti completamente dopo quattro settimane e, con grande sorpresa dei ricercatori, anche i vasi sanguigni si sono rigenerati intorno alla batteria.
Xizheng Liu ha affermato:
«Eravamo perplessi per l’instabilità della produzione di elettricità subito dopo l’impianto, abbiamo scoperto che prima che la batteria potesse erogare elettricità stabile, dovevamo dare alla ferita il tempo di guarire, affinché i vasi sanguigni si rigenerassero intorno alla batteria. È una scoperta sorprendente e interessante, perché significa che la batteria può aiutare a monitorare la guarigione della ferita».
Il team di ricercatori prevede in futuro di aumentare l’erogazione di energia della batteria, esplorando materiali più efficienti per gli elettrodi e ottimizzando la struttura e il design della batteria.
Xizheng Liu ha sottolineato:
«La batteria è facile da scalare nella produzione, la scelta di materiali convenienti può ridurre ulteriormente il prezzo. La batteria potrebbe trovare altri scopi oltre all’alimentazione di dispositivi medici. Le cellule tumorali poiché sono sensibili ai livelli di ossigeno, l’impianto di questa batteria che consuma ossigeno potrebbe aiutare a ridurre la fame dei tumori. È anche possibile convertire l’energia della batteria in calore per uccidere le cellule tumorali. Le prospettive di questa batteria da una nuova fonte di energia a potenziali bioterapie sono entusiasmanti».