Baterias de gotas alimentarão dispositivos médicos biointegrados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/11/2024

Princípio de funcionamento da bateria de gotas de íons de lítio.
[Imagem: Yujia Zhang et al. - 10.1038/s44286-024-00136-z]

Baterias de gotas

Pesquisadores deram um passo significativo em direção à criação de baterias macias e miniaturizadas para uso em uma variedade de aplicações biomédicas, incluindo a desfibrilação e a estimulação de tecidos cardíacos.

Os implantes médicos têm sido miniaturizados, com protótipos de apenas alguns milímetros cúbicos, o que exige fontes de energia igualmente pequenas. Para dispositivos biomédicos minimamente invasivos que interagem com tecidos biológicos, essas fontes de energia devem ser fabricadas a partir de materiais macios, mas também devem ter características como biocompatibilidade, biodegradabilidade, ativação acionável e a capacidade de serem controladas remotamente - além de durarem o máximo possível.

Para tentar atender pela primeira vez a todos esses requisitos de uma só vez, Yujia Zhang e colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, desenvolveram uma bateria de íons de lítio em miniatura, macia, construída a partir de gotículas de um hidrogel biocompatível.

Usando uma técnica que a mesma equipe desenvolveu no ano passado, uma montagem auxiliada por moléculas semelhantes a sabão, a equipe agora conseguiu conectar melhor e um número maior de gotas em microescala, cada uma com cerca de 10 nanolitros de volume. Diferentes concentrações de partículas de íons de lítio contidas nas gotas interagem para gerar a energia de saída.

"Nossa bateria de gotículas é ativada por luz, é recarregável e biodegradável após o uso. Até o momento, é a menor bateria de íons de lítio de hidrogel e tem uma densidade de energia superior," disse Zhang. "Usamos a bateria de gotículas para alimentar o movimento de moléculas carregadas entre células sintéticas e para controlar o batimento e a desfibrilação dos corações dos camundongos. Ao incluir partículas magnéticas para controlar o movimento, a bateria também pode funcionar como um transportador de energia móvel."

As aplicações da bateria de gotas incluem alimentar a liberação de moléculas de medicamentos, a desfibrilação cardíaca e o fornecimento de energia para microrrobótica.
[Imagem: Yujia Zhang]

Como funciona a bateria de gotas?

Esta bateria de gotas teve sua inspiração no modo como as enguias elétricas geram eletricidade.

As gotículass de hidrogel condutor são dispostas de modo a formar uma rede 3D de cadeias poliméricas. Elas contêm uma grande quantidade de água absorvida, mas cada uma com uma concentração diferente de sais de lítio. Isso cria um gradiente iônico que começa a gerar energia assim que as camadas lipídicas que envolvem as gotas são removidas por luz.

Com as gotículas nas duas extremidades devidamente conectadas a eletrodos, a energia liberada pelos gradientes iônicos é transformada em eletricidade, permitindo que a estrutura funcione como uma fonte de energia para componentes externos.

Em relação ao trabalho original da equipe, a bateria agora ficou maior e com mais capacidade, e seu funcionamento foi demonstrado em cobaias, já visando suas aplicações médicas.

"Usamos a LiDB [bateria de gotas de íons de lítio] para alimentar a translocação eletroforética de moléculas carregadas entre células sintéticas e para mediar a desfibrilação e o ritmo de corações de camundongos ex vivo. Com a inclusão de partículas magnéticas para permitir a propulsão, a LiDB pode funcionar como um mensageiro de energia móvel. Nossa pequena bateria versátil permitirá, portanto, uma variedade de aplicações biomédicas," concluiu a equipe.

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