Pacemaker, impianti, neurostimolatori: sono tanti i dispositivi elettrici che vengono inseriti nel nostro organismo e che, prima o dopo, vanno ricaricati. E per evitare ogni volta di intervenire chirurgicamente per la sostituzione delle batterie, gli scienziati dell’Università di Tecnologia di Tianjin (Cina) hanno cercato di sviluppare una batteria in grado di ricavare energia dal corpo. O meglio dall’ossigeno contenuto nel sangue.
Vediamo bene come funziona, e quali sono i vantaggi di questa tecnologia.
La batteria che genera elettricità dall’ossigeno nel sangue
Come riporta IEEE Spectrum, la batteria sviluppata dall’Università di Tianjin utilizza l’ossigeno nel sangue per aiutare a generare elettricità e così prolungare la vita utile degli impianti medici nel corpo, addirittura da 3 a 5 volte rispetto alle attuali batterie impiantabili disponibili.
Ma come ci riesce? In teoria, i dispositivi impiantati potrebbero già da oggi fare affidamento sulle reazioni chimiche basate sull’ossigeno o sul glucosio nel sangue per la loro energia. Ma significherebbe mantenere regolarmente le componenti elettroniche a contatto con il sangue.
Impresa ardua, infatti solo nell’ultimo studio, pubblicato su Chem, i ricercatori hanno sperimentato una batteria del genere che potesse rimanere stabile. E questo grazie a degli speciali elettrodi realizzati in una lega di sodio-galio-stagno e oro nanoporoso.
Il sodio è un elemento essenziale e comune nel corpo umano, mentre l’oro è considerato un materiale generalmente biocompatibile. Già entrambi hanno applicazioni nel campo energetico, visto che le batterie ricaricabili al sodio trovano oggi impiego nello stoccaggio energetico stazionario, mentre l’oro nanoporoso agisce come catalizzatore e funge da catodo della batteria.
I risultati dello studio
Sempre IEEE Spectrum riporta che gli scienziati hanno inserito la loro batteria in un film polimerico flessibile che in precedenza aveva trovato impiego nei vasi sanguigni artificiali.
A livello sperimentale, essi hanno poi impiantato la batteria sotto la pelle del dorso dei ratti, e hanno scoperto che il dispositivo poteva produrre tensioni stabili di circa 1,3 volt con una densità di potenza massima di 2,6 microwatt per centimetro quadrato.
A titolo di confronto, una cella a combustibile al glucosio ha raggiunto meno di 0,6 V, ma una densità di potenza massima di 43 µW/cm2.
Inoltre i ratti si sono ripresi bene dopo l’inserimento dell’impianto, con i peli sul dorso degli animali completamente ricresciuti dopo quattro settimane, senza evidenti infiammazioni intorno ai dispositivi. A sua volta, i sottoprodotti chimici della batteria, come gli ioni di sodio, non sembravano influire sui reni e sul fegato dei roditori.
I vantaggi della batteria a ossigeno
Gli scienziati affermano che la nuova batteria potrebbe funzionare per almeno quattro settimane, subendo solo un lieve declino delle prestazioni alla quarta settimana. Anche se l’output della batteria non è oggi sufficiente per alimentare alcun tipo di dispositivo medico, il nuovo design rivela che è davvero possibile utilizzare l’ossigeno del corpo per l’energia.
Se si volesse aumentare le prestazioni della batteria, basterebbe ottimizzare l’efficienza dell’oro nanoporoso e migliorare il flusso di ioni e ossigeno nel dispositivo.
E anche se richiede tempo per far guarire il sito dell’impianto, la batteria permette ai vasi sanguigni di rigenerarsi intorno e di fornire ossigeno in modo che potesse fornire elettricità stabile. Addirittura potrebbe aiutare i medici a monitorare la guarigione delle ferite.
E non solo. Poiché le cellule tumorali hanno bisogno di ossigeno per sopravvivere, impiantare questa batteria consumatrice di ossigeno vicino ai tumori potrebbe aiutare a soffocare i tumori. A sua volta, convertire l’energia della batteria in calore potrebbe anche aiutare a uccidere le cellule tumorali.
Se vuoi saperne di più su questo studio, ti suggeriamo la lettura completa del paper pubblicato su Chem.
Yang Lv, Xizheng Liu, Jiucong Liu, Pingli Wu, Yonggang Wang, Yi Ding, Implantable and bio-compatible Na-O2 battery, Chem (2024), DOI:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.02.012.
