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Miércoles, 7 septiembre 2016
Ingeniería

Pila eléctrica ingerible

Baterías sin ningún efecto tóxico al disolverse dentro del cuerpo humano podrían algún día energizar dispositivos ingeribles para diagnosticar y tratar enfermedades. Unos científicos han hecho nuevos progresos hacia ese objetivo con sus baterías hechas de pigmentos de melanina, presentes de forma natural en la piel, el pelo y los ojos.

 

Desde mucho tiempo atrás, ha estado presente en la ciencia-ficción y también en las esperanzas de algunos científicos, que algún día nos podamos tragar de manera cotidiana dispositivos electrónicos capaces de diagnosticar y tratar enfermedades. Pero para que dicho acto sea realmente cotidiano, y podamos hacerlo a diario si es preciso, esos dispositivos se deben poder disolver dentro del cuerpo en caso de necesidad y por supuesto no pueden albergar en su interior sustancias tóxicas. Intentando alcanzar estas exigencias, el equipo de Christopher Bettinger y Hang-Ah Park, de la Universidad Carnegie Mellon en Estados Unidos, ha recurrido a materiales derivados de compuestos biológicos que podrían reemplazar a algunos de los componentes electrónicos más problemáticos.

 

Hace unos 20 años, se desarrolló una minúscula cámara ingerible, que funciona gracias a una batería interna, como herramienta complementaria para las endoscopias. Puede visualizar lugares en el sistema digestivo que son inaccesibles para la endoscopia tradicional. Pero está diseñada para discurrir a través del cuerpo y ser excretada. Para un único uso en la vida de una persona, o unas pocas veces, el riesgo de que la cámara con su batería convencional quede encallada en el tracto gastrointestinal es pequeño. Pero las posibilidades de que algo vaya mal se incrementarían de forma inaceptable si los doctores quisieran utilizarla más frecuentemente en un único paciente.

 

La cámara y algunos dispositivos implantables, como marcapasos, funcionan mediante baterías que contienen componentes tóxicos que se evita que entren en contacto con el cuerpo. Pero para aplicaciones que requieran un uso diario y no necesiten mucha energía, como los aparatos intracorporales de suministro de fármacos, que deben ser tragados, las baterías degradables y sin toxicidad serían ideales.

 

Para minimizar el daño potencial causado por los futuros dispositivos ingeribles, el equipo de Bettinger decidió recurrir a las melaninas y otros compuestos de origen natural. En nuestra piel, cabellos y ojos las melaninas absorben luz ultravioleta para evitar los efectos nocivos de los radicales libres. También resulta que pueden establecer y romper enlaces con iones metálicos. En cierto modo son baterías naturales en potencia.

 

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Basándose en esta idea, los investigadores experimentaron con diseños de batería que usan pigmentos de melanina ya sea en el terminal positivo o en el negativo. Y también varios materiales de electrodo, como el óxido de manganeso y el fosfato de titanio y sodio, así como cationes incluyendo el cobre y el hierro, que el cuerpo necesita para su funcionamiento normal.

 

Comprobaron que básicamente funcionan. Los números exactos dependen de la configuración, pero como ejemplo podemos decir que es posible energizar un dispositivo de 5 milivatios durante un periodo de hasta 18 horas usando 600 miligramos de material activo de melanina como cátodo.

 

Aunque la capacidad de la batería de melanina es baja en comparación con la de iones de litio, sería lo bastante alta como para energizar un dispositivo ingerible de suministro de fármacos o de detección de niveles anómalos de sustancias. Por ejemplo, Bettinger prevé usar la batería en dispositivos para detectar cambios en el microbioma intestinal y responder con una liberación de un fármaco idóneo, o para suministrar dosis de una vacuna a lo largo de varias horas antes de degradarse.

 

Los resultados del estudio se han presentado públicamente en un congreso reciente, organizado por la ACS (American Chemical Society, o Sociedad Química Estadounidense), fundada en 1876, y que hoy cuenta con más de 160.000 miembros.

 

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