Conclusiones clave
- Investigadores del MIT desarrollaron una nueva celda de energía que funciona usando la glucosa de su cuerpo.
- Las células podrían alimentar dispositivos médicos y ayudar a las personas que implantan dispositivos electrónicos en sus cuerpos por conveniencia.
- Los dispositivos implantables deben ser lo más pequeños posible para minimizar su impacto en los pacientes.
Tu propio cuerpo podría ser una fuente de energía para futuros dispositivos.
Los científicos del MIT han desarrollado una celda de combustible alimentada por glucosa que podría alimentar sensores e implantes en miniatura. El dispositivo mide alrededor de 1/100 del diámetro de un cabello humano y genera alrededor de 43 microvatios por centímetro cuadrado de electricidad. Las celdas de combustible podrían ser útiles en medicina y para el pequeño pero creciente número de personas que implantan aparatos electrónicos en sus cuerpos por conveniencia.
"Las celdas de combustible de glucosa pueden volverse útiles para alimentar dispositivos implantables usando un combustible fácilmente disponible en el cuerpo", Philipp Simons, quien desarrolló el diseño como parte de su Ph. D. tesis, le dijo a Lifewire en una entrevista por correo electrónico. "Por ejemplo, imaginamos usar nuestra celda de combustible de glucosa para alimentar sensores altamente miniaturizados que miden las funciones corporales. Piense en el monitoreo de glucosa para pacientes con diabetes, el monitoreo de afecciones cardíacas o el seguimiento de biomarcadores que identifican la evolución de un tumor".
Pequeño pero poderoso
El mayor desafío en el diseño de la nueva celda de combustible fue encontrar un diseño que fuera lo suficientemente pequeño, dijo Simons. Agregó que los dispositivos implantables deben ser lo más pequeños posible para minimizar su impacto en los pacientes.
"Actualmente, las baterías están muy limitadas en cuanto a lo pequeñas que pueden llegar a ser: si haces una batería más pequeña, se reduce la cantidad de energía que puede proporcionar", dijo Simons. "Hemos demostrado que con un dispositivo que es 100 veces más delgado que un cabello humano, podemos proporcionar energía suficiente para alimentar sensores en miniatura".
Dado lo pequeña que es nuestra celda de combustible, uno puede imaginar dispositivos implantables que tienen solo unos pocos micrómetros de tamaño.
Simons y sus colaboradores tenían que hacer que el nuevo dispositivo fuera capaz de generar electricidad y lo suficientemente resistente para soportar temperaturas de hasta 600 grados centígrados. Si se usa en un implante médico, la celda de combustible tendría que pasar por un proceso de esterilización a alta temperatura.
Para encontrar un material que pudiera soportar las altas temperaturas, los investigadores recurrieron a la cerámica, que conserva sus propiedades electroquímicas incluso a altas temperaturas. Los investigadores prevén que el nuevo diseño podría convertirse en películas o recubrimientos ultrafinos y envolver implantes para alimentar electrónicamente de forma pasiva, utilizando el abundante suministro de glucosa del cuerpo.
La idea de la nueva celda de combustible surgió en 2016 cuando Jennifer L. M. Rupp, supervisora de tesis de Simons y profesora del MIT, que se especializa en cerámica y dispositivos electroquímicos, se sometió a una prueba de glucosa durante su embarazo.
"En el consultorio del médico, yo era un electroquímico muy aburrido, pensando en lo que podrías hacer con el azúcar y la electroquímica", dijo Rupp en un comunicado de prensa. "Entonces me di cuenta de que sería bueno tener un dispositivo de estado sólido alimentado por glucosa. Y Philipp y yo nos reunimos tomando un café y escribimos en una servilleta los primeros dibujos".
Las pilas de combustible de glucosa se introdujeron por primera vez en la década de 1960, pero los primeros modelos se basaban en polímeros blandos. Estas primeras fuentes de combustible fueron reemplazadas por baterías de yoduro de litio.
"Hasta la fecha, las baterías generalmente se usan para alimentar dispositivos implantables como marcapasos", dijo Simons. "Sin embargo, estas baterías eventualmente se quedarán sin energía, lo que significa que un marcapasos debe reemplazarse regularmente. En realidad, esto es una gran fuente de complicaciones".
El futuro puede ser pequeño e implantable
En la búsqueda de una solución de pila de combustible que pudiera durar indefinidamente dentro del cuerpo, el equipo emparedó un electrolito con un ánodo y un cátodo hechos de platino, un material estable que reacciona fácilmente con la glucosa.
El tipo de materiales en la nueva celda de combustible de glucosa permite flexibilidad en términos de dónde se puede implantar en el cuerpo. "Por ejemplo, puede resistir el ambiente corrosivo del sistema digestivo, lo que podría permitir que nuevos sensores monitoreen enfermedades crónicas como el síndrome del intestino irritable", dijo Simons.
Los investigadores colocaron las células en obleas de silicio y demostraron que los dispositivos pueden emparejarse con un material semiconductor común. Luego midieron la corriente producida por cada celda mientras hacían fluir una solución de glucosa sobre cada oblea en una estación de prueba fabricada a medida.
Muchas celdas produjeron un voltaje máximo de alrededor de 80 milivoltios, según los resultados publicados en un artículo reciente en la revista Advanced Materials. Los investigadores afirman que esta es la densidad de potencia más alta de cualquier diseño de celda de combustible de glucosa.
Las pilas de combustible de glucosa pueden volverse útiles para alimentar dispositivos implantables utilizando un combustible fácilmente disponible en el cuerpo.
El equipo del MIT ha "abierto una nueva ruta hacia fuentes de energía en miniatura para sensores implantados y tal vez otras funciones", Truls Norby, profesor de química en la Universidad de Oslo en Noruega, quien no contribuyó al trabajo, dijo en un comunicado de prensa. "La cerámica utilizada no es tóxica, es barata y no es [la] menos inerte, tanto para las condiciones del cuerpo como para las condiciones de esterilización antes de la implantación. El concepto y la demostración hasta ahora son realmente prometedores".
Simons dijo que las nuevas celdas de combustible podrían habilitar clases completamente nuevas de dispositivos en el futuro. "Dado lo pequeña que es nuestra celda de combustible, uno puede imaginar dispositivos implantables que tienen solo unos pocos micrómetros de tamaño", agregó. "¿Qué pasaría si ahora pudiéramos abordar células individuales con dispositivos implantables?"
