Ideate batterie impiantabili che
funzionano con l’ossigeno del sangue
di Rita Lena
Pacemaker,
neurostimolatori, defribillatori sono tutti dispositivi medici impiantabili che
si affidano, per funzionare, alle batterie . Ma le batterie non durano in
eterno e alla fine si scaricano e richiedono interventi chirurgici invasivi per
essere sostituite. Per affrontare questi problemi, ricercatori cinesi
della Tianjin University of Technology, Cina hanno ideato e testato su topi una
batteria impiantabile che funziona con l’ossigeno del sangue.
Quindi, secondo quanto promette questa ricerca pubblicata su Chem, in futuro
potremo avere batterie, realizzate con materiali bio-compatibili che
forniscono energia in modo stabile e per un tempo illimitato. "L'ossigeno è la
fonte della nostra vita - afferma Xizheng Liu, che ha guidato lo studio ed
è specializzato in materiali e dispositivi energetici presso l'Università
di Tecnologia di Tianjin - se riusciremo a sfruttare la fornitura continua di
ossigeno del corpo, la durata della batteria non sarà più limitata dalla
deperibilità dei materiali delle batterie convenzionali”. Le batterie a
litio, sono oggi quelle più usate per far funzionare dispositivi impiantabili,
ma tendono a deteriorarsi e a smettere di funzionare dopo molti cicli di
ossido-riduzione.
Per costruire una
batteria sicura ed efficiente, i ricercatori cinesi hanno realizzato elettrodi a
base di materiali bio-compatibili, come sodio, ossigeno e oro nanoporoso.
L’oro è noto per la sua compatibilità con i sistemi viventi e il sodio è un
elemento essenziale e onnipresente nel corpo umano. Il catodo della batteria è
costituito da un catalizzatore in oro nanoporoso che cattura l’ossigeno del
corpo e lo trasforma in elettricità; mentre l’anodo, costituito da una
lega sodio-gallio e stagno, raccoglie gli elettroni. In questo meccanismo di
produzione di energia, gli elettrodi subiscono reazioni chimiche con l’ossigeno
del corpo e per evitare che la batteria si deteriori i ricercatori l'hanno
racchiusa in una pellicola polimerica porosa, morbida e flessibile. Nella fase
di sperimentazione, la batteria è stata testata impiantandola, sottopelle, sul
dorso di topi per misurare la produzione di elettricità e solo due settimane
dopo, ha iniziato a produrre tensioni stabili comprese tra 1,3 V e 1,4 V, con
una densità di potenza massima di 2,6 µW/cm 2 . Una potenza erogata
che viene considerata ancora insufficiente per alimentare dispositivi medici;
tuttavia, il progetto dimostra che è possibile sfruttare l’ossigeno del corpo
per produrre energia. “La batteria non ha iniziato subito a funzionare. Si
è scoperto – spiega Liu - che dovevamo dare alla ferita il tempo di guarire,
affinché i vasi sanguigni si rigenerassero attorno al dispositivo e fornissero
ossigeno, prima che questa potesse fornire elettricità stabile. Questa è una
scoperta sorprendente e interessante perché significa che la batteria può
aiutare a monitorare anche la guarigione delle ferite”. Liu e colleghi hanno
inoltre valutato le reazioni infiammatorie, i cambiamenti metabolici e la
rigenerazione dei tessuti attorno alla batteria e constatato che i topi, almeno
in apparenza, non avevano infiammazioni e che i sottoprodotti delle
reazioni chimiche della batteria, venivano facilmente metabolizzati
dall'organismo senza danneggiare reni e fegato. I ratti sono guariti bene dopo
l’impianto e anche i peli sulla schiena, dopo quattro settimane, sono
completamente ricresciuti e, sorprendentemente, anche i vasi sanguigni si sono
rigenerati attorno al dispositivo. In futuro, Liu e colleghi progettano di
aumentare il potenziale elettrico della batteria sperimentando materiali più
efficienti e convenienti anche dal punto di vista del costo. Inoltre, con il
tempo e la ricerca, queste batterie potrebbero essere usate anche per altri
scopi, “poiché le cellule tumorali sono sensibili ai livelli di ossigeno –
spiega Liu - questa batteria, che consuma ossigeno del corpo, sottraendolo alle
cellule che le sono attorno, potrà contribuire a far morire di fame i
tumori. Ma , non solo – conclude - convertendo l’energia della batteria
in calore sarà più facile uccidere le cellule tumorali. Da una nuova fonte di
energia a potenziali bioterapie, le prospettive per questa batteria sono
entusiasmanti”.