Crean baterías blandas en miniatura para aplicaciones biomédicas

Una batería de iones de litio blanda en miniatura ofrece nuevas posibilidades para dispositivos biointegrados y robótica.

Investigadores de la Universidad de Oxford han dado un paso importante hacia la creación de baterías blandas en miniatura para su uso en diversas aplicaciones biomédicas, incluida la desfibrilación y la estimulación de tejidos cardíacos.

El desarrollo de dispositivos inteligentes diminutos, más pequeños que unos pocos milímetros cúbicos, exige fuentes de energía igualmente pequeñas.

Para los dispositivos biomédicos mínimamente invasivos que interactúan con tejidos biológicos, estas fuentes de energía deben fabricarse a partir de materiales blandos.

Lo ideal sería que también tuvieran características como alta capacidad, biocompatibilidad y biodegradabilidad, activación activable y la capacidad de ser controladas de forma remota.

Hasta la fecha, no ha habido ninguna batería que pueda cumplir estos requisitos a la vez.

Para abordar estos requisitos, investigadores del Departamento de Química y el Departamento de Farmacología de la Universidad de Oxford han desarrollado una batería de iones de litio blanda en miniatura construida a partir de gotitas de hidrogel biocompatible.

El ensamblaje con soporte de surfactante (ensamblaje asistido por moléculas similares al jabón), una técnica descrita por el mismo grupo el año pasado en la revista Nature, se utiliza para conectar tres microgotas de 10 nanolitros de volumen.

Diferentes partículas de iones de litio contenidas en cada uno de los dos extremos generan entonces la energía de salida.

“Nuestra batería de gotas se activa con luz, es recargable y biodegradable después de su uso.

Hasta la fecha, es la batería de iones de litio de hidrogel más pequeña y tiene una densidad de energía superior“, dijo el Dr. Yujia Zhang (Departamento de Química, Universidad de Oxford), el investigador principal del estudio y profesor adjunto titular en la Escuela Politécnica Federal de Lausana.

“Utilizamos la batería de gotas para impulsar el movimiento de moléculas cargadas entre células sintéticas y para controlar el latido y la desfibrilación de corazones de ratones.

Al incluir partículas magnéticas para controlar el movimiento, la batería también puede funcionar como un portador de energía móvil”.

Los tratamientos cardíacos de prueba de concepto se llevaron a cabo en el laboratorio del profesor Ming Lei (Departamento de Farmacología), un electrofisiólogo de alto nivel en arritmias cardíacas.

Dijo: “La arritmia cardíaca es una de las principales causas de muerte en todo el mundo.

Nuestra aplicación de prueba de concepto en modelos animales demuestra una nueva y emocionante vía de dispositivos inalámbricos y biodegradables para el tratamiento de las arritmias”.

El profesor Hagan Bayley (Departamento de Química), líder del grupo de investigación para el estudio, dijo:

“La pequeña batería blanda de iones de litio es la más sofisticada de una serie de paquetes de energía a microescala desarrollados por el Dr. Zhang y apunta a un futuro fantástico para los dispositivos electrónicos biocompatibles que pueden funcionar en condiciones fisiológicas“.

Los investigadores han presentado una solicitud de patente a través de Oxford University Innovation.

Prevén que la pequeña batería versátil, particularmente relevante para robots a pequeña escala para bioaplicaciones, abrirá nuevas posibilidades en varias áreas, incluida la medicina clínica.

Fuente: Nature chemical engineering