Pesquisadores desenvolveram uma bateria feita de materiais biodegradáveis que pode ser engolida para fornecer energia a dispositivos médicos temporários dentro do organismo. Em testes com porcos, os protótipos funcionaram por até três dias, perderam capacidade de forma gradual e se degradaram ao longo do tempo.
A proposta é evitar uma cirurgia posterior para retirar baterias convencionais usadas em equipamentos que atuam no sistema gastrointestinal. Entre as possíveis aplicações estão dispositivos para detectar sangramentos, administrar medicamentos e estimular tecidos ou órgãos específicos. A tecnologia ainda não foi testada em humanos.
Estrutura e funcionamento
Descrita em estudo publicado na revista Nature Chemical Engineering, a bateria tem estrutura fina e porosa, semelhante a papel. O ânodo, terminal negativo, é feito de uma liga de magnésio. O cátodo, terminal positivo, combina trióxido de molibdênio e carbono ativado. Entre eles, há um eletrólito biodegradável que permite a geração de corrente elétrica.
Nanofibrilas de celulose funcionam como aglutinante. Segundo Giovanni Traverso, coautor do estudo e diretor do Laboratório de Engenharia Translacional do MIT, a estrutura aumenta a resistência e ajuda a controlar a degradação sem interromper a produção de eletricidade.
Para proteger o dispositivo do ambiente ácido do estômago, os pesquisadores aplicaram uma camada de cera de abelha. Algumas versões receberam também cera de candelila, derivada do arbusto Euphorbia antisyphilitica. “A cobertura de cera não é simplesmente uma embalagem”, explicou Traverso. Segundo ele, o revestimento controla a vida útil funcional da bateria.
Foram produzidas duas versões, incluindo uma pequena o suficiente para caber em uma cápsula convencional de gelatina. Em laboratório, a menor gerou cerca de 1,77 volt e armazenou e forneceu 2 miliampère-hora por centímetro quadrado. A maior chegou a aproximadamente 1,84 volt e alcançou capacidade máxima de 3,5 miliampère-hora.
Reza Ghodssi, professor de engenharia elétrica e de computação da Universidade de Maryland que não participou do estudo, avaliou que a capacidade ainda é baixa e precisaria aumentar em uma ordem de magnitude.
Testes em animais
Os pesquisadores colocaram os protótipos em cápsulas produzidas por impressão 3D e administraram os dispositivos oralmente aos porcos com auxílio de um endoscópio. A bateria menor alimentou uma etiqueta de identificação por radiofrequência, ou RFID, posicionada no esôfago. O equipamento se comunicou sem fio com um receptor localizado a até 1,5 metro e permitiu identificar quando os animais engoliam um medicamento.
A bateria maior alimentou uma cápsula capaz de estimular eletricamente o estômago. O estímulo elevou os níveis do hormônio grelina no sangue dos porcos, sem provocar danos visíveis no tecido estimulado.
Durante o funcionamento no organismo, a versão maior teve sua tensão reduzida de aproximadamente 1,8 volt para 1,6 volt depois de um dia e chegou a cerca de 1,45 volt no terceiro dia. No mesmo período, a versão menor caiu de 1,7 volt para aproximadamente 1,35 volt.
A bateria e seus componentes biodegradáveis se decompuseram, mas a placa eletrônica usada no experimento de estimulação do estômago não era biodegradável. Os porcos eliminaram esse componente naturalmente. Para John Rogers, cientista de materiais da Northwestern University que não participou do estudo, tornar todas as partes reabsorvíveis poderia evitar que algum remanescente ficasse preso no trato gastrointestinal.
O principal desafio é controlar por quanto tempo a bateria funciona e tornar sua degradação mais previsível. Os pesquisadores relacionaram as diferenças de desempenho à quantidade de contato entre as camadas, à distribuição do eletrólito e à espessura do revestimento de cera.
A equipe trabalha para padronizar a fabricação e ajustar a cobertura para períodos específicos, que podem variar de horas a dias. Também planeja realizar testes mais longos em condições que reproduzam com maior fidelidade o sistema gastrointestinal humano. Traverso afirmou que o grupo trabalha para iniciar um primeiro ensaio clínico do sistema RFID em aproximadamente dois anos.
