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Batteria alimentata dall’ossigeno nel sangue per i pacemaker

Nel mondo della medicina, i dispositivi impiantabili come pacemaker, defibrillatori e neurostimolatori hanno migliorato la qualità della vita di milioni di persone. Tuttavia, uno dei principali limiti di tali dispositivi è la dipendenza dalla batteria che deve essere sostituita chirurgicamente ogni pochi anni. Ma, un recente studio pubblicato su Chem, rivela una possibile soluzione a questo problema.

Lo studio

La ricerca, guidata dal professor Xizheng Liu della Tianjin University of Technology in Cina, ha ideato e testato con successo una nuova generazione di batterie per dispositivi impiantabili. Queste batterie sono alimentate dall’ossigeno presente nel sangue, offrendo così una durata potenzialmente illimitata.

“Se ci pensi, l’ossigeno è la nostra fonte di vita”, afferma l’autore corrispondente Xizheng Liu, specializzato in materiali e dispositivi energetici presso l’Università di Tecnologia di Tianjin. “Se riusciamo a sfruttare la fornitura continua di ossigeno nel corpo, la durata della batteria non sarà limitata dai materiali all’interno delle batterie convenzionali”.

La batteria tradizionale per pacemaker, basata su litio, tende a deteriorarsi nel tempo a causa dei cicli di ossidoriduzione. La nuova batteria, invece, sfrutta la coppia sodio-ossigeno e utilizza elettrodi costituiti da una lega di sodio e oro nanoporoso, entrambi materiali biocompatibili.

L’oro è noto per la sua compatibilità con i sistemi viventi e il sodio è un elemento essenziale e onnipresente nel corpo umano. Gli elettrodi subiscono reazioni chimiche con l’ossigeno nel corpo per produrre elettricità. Per proteggere la batteria, i ricercatori l’hanno racchiusa in una pellicola polimerica porosa, morbida e flessibile.

I test

I ricercatori hanno condotto vari test, impiantando la batteria sotto la pelle sul dorso dei ratti e ne hanno misurato la produzione di elettricità. Due settimane dopo, hanno scoperto che la batteria può produrre tensioni stabili comprese tra 1,3 V e 1,4 V, con una densità di potenza massima di 2,6 µW/cm2. Sebbene la potenza erogata sia insufficiente per alimentare dispositivi medici, il progetto dimostra che è possibile sfruttare l’ossigeno nel corpo per produrre energia.

Il team ha inoltre valutato le reazioni infiammatorie, i cambiamenti metabolici e la rigenerazione dei tessuti attorno alla batteria. I ratti non hanno mostrato alcuna infiammazione apparente. I sottoprodotti delle reazioni chimiche della batteria, inclusi ioni sodio, ioni idrossido e bassi livelli di perossido di idrogeno, venivano facilmente metabolizzati dall’organismo e non influivano sui reni e sul fegato. I ratti sono guariti bene dopo l’impianto, con i peli sulla schiena completamente ricresciuti dopo quattro settimane. Con sorpresa dei ricercatori, anche i vasi sanguigni si sono rigenerati attorno alla batteria.

“Siamo rimasti sconcertati dalla produzione instabile di elettricità subito dopo l’impianto”, afferma Liu. “Si è scoperto che dovevamo dare alla ferita il tempo di guarire, affinché i vasi sanguigni si rigenerassero attorno alla batteria e fornissero ossigeno, prima che la batteria potesse fornire elettricità stabile. Questa è una scoperta sorprendente e interessante perché significa che la batteria può aiutare a monitorare la guarigione delle ferite”.

Nonostante la potenza attuale della batteria non sia ancora sufficiente per alimentare dispositivi medici, gli esperimenti dimostrano la validità del concetto. Inoltre, i topi non hanno mostrato segni di infiammazione o reazioni avverse, confermando la biocompatibilità del dispositivo.

La batteria per pacemaker che rivoluzionerà la medicina

Per il futuro, il gruppo di ricerca mira a migliorare ulteriormente la potenza della batteria esplorando l’utilizzo di materiali più efficienti per gli elettrodi. La batteria del team potrebbe anche trovare altri scopi oltre all’alimentazione di dispositivi medici.

“Poiché le cellule tumorali sono sensibili ai livelli di ossigeno, l’impianto di questa batteria che consuma ossigeno attorno ad esse può aiutare a far morire di fame i tumori. È anche possibile convertire l’energia della batteria in calore per uccidere le cellule tumorali. Da una nuova fonte di energia a potenziali bioterapie, le prospettive per questa batteria sono entusiasmanti”, conclude Liu.

Se la batteria per i pacemaker sarà sviluppata con successo per l’uso clinico, potrebbe rappresentare una svolta significativa nel campo dei dispositivi impiantabili e non solo, offrendo una soluzione duratura e sicura per i pazienti.

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