Princípios importantes
- Os pesquisadores do MIT desenvolveram uma nova célula de energia que funciona usando a glicose do seu corpo.
- As células podem alimentar dispositivos médicos e ajudar pessoas que implantam aparelhos eletrônicos em seus corpos por conveniência.
- Os dispositivos implantáveis precisam ser os menores possíveis para minimizar seu impacto nos pacientes.
Seu próprio corpo pode ser uma fonte de energia para futuros gadgets.
Os cientistas do MIT desenvolveram uma célula de combustível movida a glicose que poderia alimentar implantes e sensores em miniatura. O dispositivo mede cerca de 1/100 do diâmetro de um fio de cabelo humano e gera cerca de 43 microwatts por centímetro quadrado de eletricidade. As células de combustível podem ser úteis na medicina e no pequeno mas crescente número de pessoas que implantam aparelhos eletrônicos em seus corpos por conveniência.
"As células de combustível de glicose podem se tornar úteis para alimentar dispositivos implantáveis usando um combustível prontamente disponível no corpo", Philipp Simons, que desenvolveu o projeto como parte de seu doutorado. tese, disse à Lifewire em uma entrevista por e-mail. "Por exemplo, imaginamos usar nossa célula de combustível de glicose para alimentar sensores altamente miniaturizados que medem as funções do corpo. Pense no monitoramento de glicose para pacientes com diabetes, monitoramento de condições cardíacas ou rastreamento de biomarcadores que identificam a evolução de um tumor."
Pequeno mas Poderoso
O maior desafio no projeto da nova célula de combustível foi criar um projeto que fosse pequeno o suficiente, disse Simons. Ele acrescentou que os dispositivos implantáveis precisam ser tão pequenos quanto possível para minimizar seu impacto nos pacientes.
"Atualmente, as baterias são muito limitadas em quão pequenas elas podem se tornar: se você tornar uma bateria menor, ela reduz a quantidade de energia que ela pode fornecer", disse Simons. "Mostramos que, com um dispositivo 100 vezes mais fino que um cabelo humano, podemos fornecer energia suficiente para alimentar sensores em miniatura."
Dado o tamanho da nossa célula de combustível, pode-se imaginar dispositivos implantáveis com apenas alguns micrômetros de tamanho.
Simons e seus colaboradores tiveram que fazer o novo dispositivo capaz de gerar eletricidade e resistente o suficiente para suportar temperaturas de até 600 graus Celsius. Se usada em um implante médico, a célula de combustível teria que passar por um processo de esterilização em alta temperatura.
Para encontrar um material que pudesse suportar o alto calor, os pesquisadores recorreram à cerâmica, que mantém suas propriedades eletroquímicas mesmo em altas temperaturas. Os pesquisadores prevêem que o novo design pode ser transformado em filmes ou revestimentos ultrafinos e enrolado em implantes para alimentar passivamente a eletrônica, usando o abundante suprimento de glicose do corpo.
A ideia para a nova célula de combustível surgiu em 2016, quando Jennifer L. M. Rupp, orientadora da tese de Simons e professora do MIT, especializada em cerâmica e dispositivos eletroquímicos, fez um teste de glicose durante a gravidez.
"No consultório do médico, eu era um eletroquímico muito entediado, pensando no que você poderia fazer com açúcar e eletroquímica", disse Rupp em um comunicado à imprensa. "Então percebi que seria bom ter um dispositivo de estado sólido alimentado por glicose. E Philipp e eu nos encontramos tomando um café e escrevemos em um guardanapo os primeiros desenhos."
As células de combustível de glicose foram introduzidas pela primeira vez na década de 1960, mas os primeiros modelos eram baseados em polímeros macios. Essas primeiras fontes de combustível foram substituídas por baterias de iodeto de lítio.
"Até o momento, as baterias são normalmente usadas para alimentar dispositivos implantáveis, como marca-passos", disse Simons. "No entanto, essas baterias acabarão ficando sem energia, o que significa que um marcapasso precisa ser substituído regularmente. Esta é realmente uma grande fonte de complicações."
O futuro pode ser pequeno e implantável
Na busca por uma solução de célula de combustível que pudesse durar indefinidamente dentro do corpo, a equipe colocou um eletrólito com um ânodo e um cátodo feitos de platina, um material estável que reage prontamente com a glicose.
O tipo de material na nova célula de combustível de glicose permite flexibilidade em termos de onde ela pode ser implantada no corpo. "Por exemplo, ele pode suportar o ambiente corrosivo do sistema digestivo, o que pode permitir que novos sensores monitorem doenças crônicas, como a síndrome do intestino irritável", disse Simons.
Os pesquisadores colocaram as células em pastilhas de silício, mostrando que os dispositivos podem ser emparelhados com um material semicondutor comum. Em seguida, eles mediram a corrente produzida por cada célula à medida que fluíam uma solução de glicose sobre cada wafer em uma estação de teste fabricada sob medida.
Muitas células produziram um pico de tensão de cerca de 80 milivolts, de acordo com resultados publicados em um artigo recente na revista Advanced Materials. Os pesquisadores afirmam que esta é a maior densidade de potência de qualquer projeto de célula de combustível de glicose.
Células de combustível de glicose podem se tornar úteis para alimentar dispositivos implantáveis usando um combustível prontamente disponível no corpo.
A equipe do MIT "abriu uma nova rota para fontes de energia em miniatura para sensores implantados e talvez outras funções", Truls Norby, professor de química da Universidade de Oslo, na Noruega, que não contribuiu para o trabalho, disse em um comunicado de imprensa. "As cerâmicas utilizadas são atóxicas, baratas e nem um pouco inertes, tanto para as condições do corpo quanto para as condições de esterilização antes da implantação. O conceito e a demonstração até agora são realmente promissores."
Simons disse que as novas células de combustível podem permitir classes inteiramente novas de dispositivos no futuro. "Dado o tamanho da nossa célula de combustível, pode-se imaginar dispositivos implantáveis com apenas alguns micrômetros de tamanho", acrescentou. "E se agora pudéssemos abordar células individuais com dispositivos implantáveis?"
