Dispositivos eletrônicos para monitoramento constante da saúde do paciente são muito procurados na medicina moderna. Esses implantes podem ser feitos de materiais totalmente seguros e sinalizar picos nos níveis de açúcar no sangue, pressão arterial ou o aparecimento de uma resposta imunológica a medicamentos.
Apesar do desempenho de longo prazo, esses dispositivos precisarão ser descartados algum dia. A solução óbvia para o problema - a remoção cirúrgica do implante - claramente não é a melhor, já que qualquer intervenção desse tipo será dolorosa e às vezes perigosa.
Portanto, muitos grupos de bioengenheiros ao redor do mundo estão desenvolvendo dispositivos embutidos no corpo, que podem se dissolver independentemente e ser removidos do corpo após a data de validade.
“A criação desses implantes é um grande avanço. Até recentemente, não houve progresso no desenvolvimento de dispositivos biomédicos solúveis”, disse o co-autor Jeffrey Borenstein, do Draper Laboratory em Massachusetts, EUA.
Em 2012, o colega cientista de materiais de Borenstein, John Rogers, da Universidade de Illinois, e seu grupo apresentaram uma série de chips de silício biodegradáveis capazes de controlar a temperatura ou deformação mecânica, transmitir informações a dispositivos fora do corpo (para um computador ou smartphone, por exemplo) e até mesmo aquecer tecidos corporais. para prevenir a infecção. Alguns desses chips eram alimentados por bobinas de indução que forneciam energia sem fio de fontes externas.
Mas a transmissão sem fio de energia não é muito adequada para implantes subcutâneos, que às vezes precisam ser colocados em camadas profundas de tecido ou mesmo sob o osso. Além disso, os componentes para tais dispositivos são muito complexos e pesados. Depois de investigar esses problemas, Rogers e sua equipe criaram baterias totalmente biodegradáveis otimizadas para complementar os dispositivos existentes.
Os engenheiros usaram folha de magnésio como ânodos e uma placa de ferro, molibdênio ou tungstênio como cátodos. Todos esses metais se dissolvem lentamente no corpo e seus íons em baixas concentrações são biocompatíveis.
O eletrólito entre os dois eletrodos é um tampão de fosfato de sódio. Todos esses componentes também são embalados em um polímero biodegradável, polianidrido.
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Conforme relatado em um artigo publicado na revista Advanced Materials, a amperagem do dispositivo pode variar dependendo do metal usado no cátodo. Por exemplo, uma célula com uma área de um centímetro quadrado com um ânodo de magnésio de 50 micrômetros de espessura e um cátodo de molibdênio de 8 micrômetros de espessura dá 2,4 miliamperes.
Depois de dissolvida, a bateria libera menos de 9 miligramas de magnésio. (Foto da Universidade de Illinois)
Uma vez dissolvida, essa bateria libera menos de 9 miligramas de magnésio, o que é quase o dobro do stent da artéria coronária de magnésio que foi testado com sucesso em testes clínicos. Essas concentrações podem não causar problemas, disse Rogers.
Até o momento, todas as versões do aparelho biodegradável são capazes de funcionar no corpo por 24 horas, mas os engenheiros já trabalham para aumentar o potencial de duração da produtividade. Eles também esperam aumentar a densidade de energia, modificando a superfície da folha de magnésio. A grande área de superfície aumentará a reatividade do material. Segundo estimativas preliminares dos autores do estudo, uma bateria de 0,25 centímetros quadrados e apenas um micrômetro de espessura é capaz de alimentar um sensor subcutâneo durante o dia.
Observe que o desenvolvimento de Rogers é um concorrente potencial do projeto de Christopher Bettinger: o último usou o pigmento melanina da pele para criar os ânodos para a segurança máxima do bioacumulador. No entanto, uma análise comparativa mostrou que as baterias de ânodo de magnésio de Rogers são igualmente seguras, mas têm uma densidade de energia mais alta e uma vida útil mais longa, o que significa que elas ganham.
Borenstein acrescenta que tais dispositivos podem ser usados não apenas para monitoramento biomédico e administração de drogas, mas também, por exemplo, como sensores para avaliar continuamente o estado do ambiente. Sensores degradáveis podem ser colocados no oceano, onde monitoram o grau de contaminação e, no final de sua vida, se dissolvem quase sem deixar vestígios.
