Pesquisadores do MIT e Brigham and Women’s Hospital projetaram uma pequena célula voltaica que é sustentada pelos fluidos ácidos no estômago. O sistema pode gerar energia suficiente para executar pequenos sensores ou dispositivos de administração de fármacos que possam residir no tracto gastrointestinal durante períodos prolongados de tempo.
Este tipo de poder poderia oferecer uma alternativa mais segura e de baixo custo para as baterias tradicionais usadas para alimentar esses dispositivos, dizem os pesquisadores.
“Precisamos encontrar maneiras de alimentar esses sistemas ingeríveis por um longo tempo”, diz Giovanni Traverso, um afiliado de pesquisa do Instituto Koch para Pesquisa de Câncer Integrativa. “Nós vemos o projeto como uma oportunidade única para abrigar novos sistemas para entrega de drogas e detecção, e fundamental para esses sistemas é como eles são alimentados.”
Traverso, que também é gastroenterologista e engenheiro biomédico no Brigham and Women’s Hospital, é um dos principais autores do estudo. Os outros são Robert Langer, o David H. Koch professor no MIT; E Anantha Chandrakasan, chefe do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação do MIT e o Professor Vannevar Bush de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação. aPhillip Ndeau é o principal autor do artigo, que aparece na edição de 6 de fevereiro da Nature Biomedical Engineering.
Traverso e Langer já construíram e testaram muitos dispositivos ingeríveis que podem ser usados para detectar condições fisiológicas, como temperatura, frequência cardíaca e taxa de respiração, ou para administrar medicamentos para tratar doenças como a malária.
“Este trabalho poderia levar a uma nova geração de pílulas eletrônicas ingeríveis que poderiam algum dia permitir novas formas de monitorar a saúde do paciente e/ou tratar a doença”, diz Langer.
Estes dispositivos são normalmente alimentados por baterias pequenas, mas baterias convencionais representam um risco de segurança possível. Para superar essas desvantagens, Langer e Traverso trabalharam com Nadeau e Chandrakasan, que se especializam no desenvolvimento de eletrônicos de baixa potência.
A equipe de pesquisa inspirou-se em um tipo muito simples de célula voltaica conhecida como uma bateria de limão, que consiste em dois eletrodos – muitas vezes um prego galvanizado e um tostão de cobre-preso em um limão. O ácido cítrico no limão carrega uma pequena corrente elétrica entre os dois eletrodos.
Para replicar essa estratégia, os pesquisadores ligaram eletrodos de zinco e cobre à superfície de seu sensor ingerível. O zinco emite íons no ácido no estômago para alimentar o circuito voltaico, gerando energia suficiente para alimentar um sensor de temperatura comercial e um transmissor de 900 megahertz.
Em testes em porcos, os dispositivos levaram uma média de seis dias para viajar através do trato digestivo. Enquanto no estômago, a célula voltaica produziu energia suficiente para alimentar um sensor de temperatura e transmitir sem fio os dados para uma estação base localizada a 2 metros de distância, com um sinal enviado a cada 12 segundos.
Uma vez que o dispositivo se moveu para o intestino delgado, que é menos ácida do que o estômago, a célula gerou apenas cerca de 1/100 do que produziu no estômago. “Mas ainda há poder lá, que você pode colher por um longo período de tempo e usar para transmitir pacotes menos freqüentes de informações”, diz Traverso.
O protótipo atual do dispositivo é um cilindro cerca de 40 milímetros de comprimento e 12 milímetros de diâmetro, mas os pesquisadores antecipam que eles poderiam fazer a cápsula cerca de um terço desse tamanho através da construção de um circuito integrado personalizado que iria transportar o colhedor de energia, transmissor, E um pequeno microprocessador.
“Um grande desafio em dispositivos médicos implantáveis envolve o gerenciamento de geração, conversão, armazenamento e utilização de energia, o que nos permite visualizar novos dispositivos médicos onde o próprio corpo contribui para a geração de energia, permitindo um sistema totalmente auto-sustentável”, diz Chandrakasan.
Tais dispositivos poderiam também ser utilizados para administração de fármaco. Neste estudo, os pesquisadores demonstraram que poderiam usar a energia gerada pela célula voltaica para liberar drogas encapsuladas por um filme de ouro. Isso pode ser útil para situações em que os médicos precisam experimentar diferentes doses de um medicamento, como medicação para controlar a pressão arterial.
Fonte: Phys
Este tipo de poder poderia oferecer uma alternativa mais segura e de baixo custo para as baterias tradicionais usadas para alimentar esses dispositivos, dizem os pesquisadores.
“Precisamos encontrar maneiras de alimentar esses sistemas ingeríveis por um longo tempo”, diz Giovanni Traverso, um afiliado de pesquisa do Instituto Koch para Pesquisa de Câncer Integrativa. “Nós vemos o projeto como uma oportunidade única para abrigar novos sistemas para entrega de drogas e detecção, e fundamental para esses sistemas é como eles são alimentados.”
Traverso, que também é gastroenterologista e engenheiro biomédico no Brigham and Women’s Hospital, é um dos principais autores do estudo. Os outros são Robert Langer, o David H. Koch professor no MIT; E Anantha Chandrakasan, chefe do Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação do MIT e o Professor Vannevar Bush de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação. aPhillip Ndeau é o principal autor do artigo, que aparece na edição de 6 de fevereiro da Nature Biomedical Engineering.
Sustentado pelo ácido
Traverso e Langer já construíram e testaram muitos dispositivos ingeríveis que podem ser usados para detectar condições fisiológicas, como temperatura, frequência cardíaca e taxa de respiração, ou para administrar medicamentos para tratar doenças como a malária.
“Este trabalho poderia levar a uma nova geração de pílulas eletrônicas ingeríveis que poderiam algum dia permitir novas formas de monitorar a saúde do paciente e/ou tratar a doença”, diz Langer.
Estes dispositivos são normalmente alimentados por baterias pequenas, mas baterias convencionais representam um risco de segurança possível. Para superar essas desvantagens, Langer e Traverso trabalharam com Nadeau e Chandrakasan, que se especializam no desenvolvimento de eletrônicos de baixa potência.
A equipe de pesquisa inspirou-se em um tipo muito simples de célula voltaica conhecida como uma bateria de limão, que consiste em dois eletrodos – muitas vezes um prego galvanizado e um tostão de cobre-preso em um limão. O ácido cítrico no limão carrega uma pequena corrente elétrica entre os dois eletrodos.
Para replicar essa estratégia, os pesquisadores ligaram eletrodos de zinco e cobre à superfície de seu sensor ingerível. O zinco emite íons no ácido no estômago para alimentar o circuito voltaico, gerando energia suficiente para alimentar um sensor de temperatura comercial e um transmissor de 900 megahertz.
Em testes em porcos, os dispositivos levaram uma média de seis dias para viajar através do trato digestivo. Enquanto no estômago, a célula voltaica produziu energia suficiente para alimentar um sensor de temperatura e transmitir sem fio os dados para uma estação base localizada a 2 metros de distância, com um sinal enviado a cada 12 segundos.
Uma vez que o dispositivo se moveu para o intestino delgado, que é menos ácida do que o estômago, a célula gerou apenas cerca de 1/100 do que produziu no estômago. “Mas ainda há poder lá, que você pode colher por um longo período de tempo e usar para transmitir pacotes menos freqüentes de informações”, diz Traverso.
Miniaturização
O protótipo atual do dispositivo é um cilindro cerca de 40 milímetros de comprimento e 12 milímetros de diâmetro, mas os pesquisadores antecipam que eles poderiam fazer a cápsula cerca de um terço desse tamanho através da construção de um circuito integrado personalizado que iria transportar o colhedor de energia, transmissor, E um pequeno microprocessador.
“Um grande desafio em dispositivos médicos implantáveis envolve o gerenciamento de geração, conversão, armazenamento e utilização de energia, o que nos permite visualizar novos dispositivos médicos onde o próprio corpo contribui para a geração de energia, permitindo um sistema totalmente auto-sustentável”, diz Chandrakasan.
Tais dispositivos poderiam também ser utilizados para administração de fármaco. Neste estudo, os pesquisadores demonstraram que poderiam usar a energia gerada pela célula voltaica para liberar drogas encapsuladas por um filme de ouro. Isso pode ser útil para situações em que os médicos precisam experimentar diferentes doses de um medicamento, como medicação para controlar a pressão arterial.
Fonte: Phys