Supercondensadores intracorporales

La miniaturización de tecnologías médicas en el campo de los microsensores electrónicos, los microrrobots y los implantes intravasculares está progresando rápidamente. Sin embargo, este avance se ve frenado por varios obstáculos técnicos. Uno de los más importantes es la dificultad en desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía minúsculos pero eficientes que permitan el funcionamiento de microsistemas capaces de funcionar de manera autónoma, por ejemplo, en zonas muy pequeñas del cuerpo humano. Además, estos dispositivos de almacenamiento de energía deben ser biocompatibles dado que se van a utilizar en el cuerpo.

Se ha creado un prototipo de dispositivo de almacenamiento energético que reúne estas propiedades esenciales.

El avance lo ha conseguido un equipo internacional integrado, entre otros, por Oliver G. Schmidt y Yeji Lee, ambos de la Universidad Tecnológica de Chemnitz en Alemania.

Este equipo ha creado los supercondensadores más pequeños de su tipo hasta la fecha, que ya funcionan en vasos sanguíneos artificiales y pueden utilizarse como fuente de energía para un diminuto sistema de sensores destinado a medir el pH.

Este sistema de almacenamiento abre nuevas posibilidades para los implantes intravasculares y los sistemas microrrobóticos de la biomedicina de próxima generación, que podrían actuar en espacios pequeños de difícil acceso dentro del cuerpo humano. Por ejemplo, la detección en tiempo real del pH de la sangre puede ayudar a predecir de manera temprana el crecimiento de un tumor.

Un conjunto de 90 biosupercondensadores en la punta de un dedo es capaz de abastecer de la energía necesaria para su funcionamiento a varios sensores. (Foto: Grupo de investigación de Oliver G. Schmidt. CC BY-ND)

A diferencia de otros supercondensadores microscópicos que no utilizan materiales biocompatibles sino, por ejemplo, electrolitos corrosivos y que presentan otras características incompatibles con un uso intracorporal, los biosupercondensadores son totalmente biocompatibles; pueden utilizarse en fluidos corporales como la sangre.

Además, los biosupercondensadores pueden compensar el comportamiento de autodescarga aprovechándose de reacciones bioelectroquímicas del cuerpo. Estas reacciones químicas naturales aumentan el rendimiento del dispositivo en un 40 por ciento.

Hasta ahora, los dispositivos de almacenamiento de energía más pequeños han tenido más de 3 milímetros cúbicos. El biosupercondensador tubular producido por el equipo de Schmidt es 3.000 veces más pequeño. Con un volumen de 1 nanolitro, ocupa menos espacio que un grano de polvo y, sin embargo es capaz de energizar un sistema de sensores en la sangre, por ejemplo.

La geometría tubular flexible del nuevo biosupercondensador proporciona una eficaz protección contra las deformaciones causadas por el flujo pulsante de la sangre o por la contracción muscular.

Schmidt, Lee y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Nano-biosupercapacitors enable autarkic sensor operation in blood”. (Fuente: NCYT de Amazings)