Investigadores del MIT y del Hospital Brigham and Women's han diseñado y demostrado una pequeña célula voltaica que es sostenida por los fluidos ácidos en el estómago. El sistema puede generar suficiente energía para operar sensores pequeños o dispositivos de administración de medicamentos que pueden residir en el tracto gastrointestinalpor largos períodos de tiempo
Este tipo de energía podría ofrecer una alternativa más segura y de menor costo a las baterías tradicionales que ahora se usan para alimentar tales dispositivos, dicen los investigadores.
"Necesitamos encontrar formas de impulsar estos sistemas ingeribles durante mucho tiempo", dice Giovanni Traverso, un afiliado de investigación en el Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer. "Vemos el tracto gastrointestinal como una oportunidad realmente única paraalbergar nuevos sistemas para la entrega y detección de drogas, y fundamental para estos sistemas es cómo funcionan "
Traverso, quien también es gastroenterólogo e ingeniero biomédico en el Hospital Brigham and Women's, es uno de los autores principales del estudio. Los otros son Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch en el MIT; y Anantha Chandrakasan, directora deEl Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT y el Profesor Vannevar Bush de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación. El postdoc del MIT Phillip Nadeau es el autor principal del artículo, que aparece en la edición del 6 de febrero de Ingeniería biomédica de la naturaleza .
Sostenido por ácido
Traverso y Langer han construido y probado previamente muchos dispositivos ingeribles que se pueden usar para detectar afecciones fisiológicas como la temperatura, la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria, o para administrar medicamentos para tratar enfermedades como la malaria.
"Este trabajo podría conducir a una nueva generación de píldoras ingeribles electrónicas que algún día podrían permitir nuevas formas de controlar la salud del paciente y / o tratar la enfermedad", dice Langer.
Estos dispositivos generalmente funcionan con baterías pequeñas, pero las baterías convencionales se descargan con el tiempo y presentan un posible riesgo de seguridad. Para superar esas desventajas, Langer y Traverso trabajaron con Nadeau y Chandrakasan, que se especializan en el desarrollo de productos electrónicos de baja potencia.
El equipo de investigación se inspiró en un tipo muy simple de celda voltaica conocida como batería de limón, que consta de dos electrodos, a menudo una uña galvanizada y un centavo de cobre, atrapados en un limón. El ácido cítrico en el limón llevaUna pequeña corriente eléctrica entre los dos electrodos.
Para replicar esa estrategia, los investigadores colocaron electrodos de zinc y cobre en la superficie de su sensor ingerible. El zinc emite iones en el ácido del estómago para alimentar el circuito voltaico, generando suficiente energía para alimentar un sensor de temperatura comercial y un 900-megahercio transmisor.
En las pruebas en cerdos, los dispositivos tardaron un promedio de seis días en viajar a través del tracto digestivo. Mientras estaban en el estómago, la célula voltaica produjo suficiente energía para alimentar un sensor de temperatura y transmitir de forma inalámbrica los datos a una estación base ubicada 2metros de distancia, con una señal enviada cada 12 segundos.
Una vez que el dispositivo se trasladó al intestino delgado, que es menos ácido que el estómago, la célula generó solo alrededor de 1/100 de lo que produjo en el estómago ". Pero aún hay energía allí, que podría cosechar durante un período más largode tiempo y uso para transmitir paquetes de información menos frecuentes ", dice Traverso.
Miniaturización
El prototipo actual del dispositivo es un cilindro de aproximadamente 40 milímetros de largo y 12 milímetros de diámetro, pero los investigadores anticipan que podrían hacer que la cápsula tenga aproximadamente un tercio de ese tamaño construyendo un circuito integrado personalizado que llevaría el recolector de energía,transmisor y un pequeño microprocesador.
"Un gran desafío en los dispositivos médicos implantables implica administrar la generación, conversión, almacenamiento y utilización de energía. Este trabajo nos permite visualizar nuevos dispositivos médicos en los que el cuerpo mismo contribuye a la generación de energía permitiendo un sistema totalmente autosuficiente", dice Chandrakasan.
Una vez que los investigadores miniaturizan el dispositivo, anticipan agregar otros tipos de sensores y desarrollarlo para aplicaciones como el monitoreo a largo plazo de los signos vitales.
"Podrías tener una píldora autoalimentada que monitorearía tus signos vitales desde adentro por un par de semanas, y ni siquiera tienes que pensar en eso. Simplemente se queda ahí haciendo mediciones y transmitiéndolas a tu teléfono,"Dice Nadeau.
Dichos dispositivos también podrían usarse para la administración de medicamentos. En este estudio, los investigadores demostraron que podían usar la energía generada por la célula voltaica para liberar medicamentos encapsulados por una película de oro. Esto podría ser útil en situaciones en las que los médicos necesitanpruebe diferentes dosis de un medicamento, como medicamentos para controlar la presión arterial.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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