Esistono batterie di stoffa, batterie elastiche e persino batterie strutturali: in questi ultimi anni l’accumulo integrato ha fatto passi da gigante al fine di superare nuovi confini applicativi. Appartengono a questo filone innovativo anche le nuove unità ricaricabili, morbide e in miniatura, messe a punto dai ricercatori dell’Università di Oxford. Lo scopo? Queste piccole batterie potrebbero essere utilizzate per alimentare dispositivi medici all’interno del corpo umano, come per esempio per sistemi di defibrillazione e di stimolazione cardiaca che supportano o correggono il ritmo del cuore.
Batterie per dispositivi medici: morbide e miniaturizzate
L’innovazione principale di queste batterie è legata alla loro duplice caratteristica: estremamente piccole ma allo stesso tempo estremamente “morbide“. Quest’ultima caratteristica permette al dispositivo di piegarsi e adattarsi alle superfici irregolari dei tessuti umani. Questo aspetto è cruciale per applicazioni biomediche perché permette alle unità di interagire con organi e tessuti delicati, senza causare lesioni o irritazioni, migliorando la sicurezza del paziente. Inoltre, essendo più durature e meno invasive rispetto alle soluzioni tradizionali, potrebbero consentire un monitoraggio e un supporto continuo del cuore, riducendo la necessità di interventi chirurgici frequenti per la sostituzione delle batterie.
Batteria a ioni di litio in miniatura utilizzando gocce di idrogel biocompatibile
Le batterie per dispositivi medici dovrebbero avere una capacità energetica elevata, essere biocompatibili, biodegradabili, attivabili al bisogno e controllabili a distanza. Tuttavia, fino ad oggi non esisteva una batteria che combinasse tutte queste caratteristiche contemporaneamente.
Per soddisfare questi requisiti, il team di ricerca dei Dipartimenti di Chimica e di Farmacologia dell’Università di Oxford ha progettato una batteria a ioni di litio in miniatura, utilizzando gocce di idrogel biocompatibile. Questa innovativa batteria è composta da tre piccole gocce, ognuna delle quali ha un volume di appena 10 nanolitri.
Il processo di assemblaggio di queste gocce è facilitato dai tensioattivi, molecole che stabilizzano e uniscono le gocce in una struttura funzionale unica. All’interno di ciascuna goccia sono presenti particelle di ioni di litio, posizionate strategicamente alle estremità opposte. Questa configurazione permette alla batteria di generare energia attraverso il movimento degli ioni di litio nel circuito, producendo così una fonte di energia utile per alimentare dispositivi biomedici in miniatura.
Sperimentazione sui cuori di Topo
La batteria sviluppata dai ricercatori è stata utilizzata per trasferire molecole cariche tra cellule sintetiche e per regolare il battito cardiaco e la defibrillazione di cuori di topo. Grazie all’integrazione di particelle magnetiche, la batteria non solo fornisce energia, ma agisce anche come un trasportatore mobile, consentendo di dirigere il movimento delle molecole con precisione.
I trattamenti cardiaci sperimentali sono stati condotti nel laboratorio del Professor Ming Lei, specialista in aritmie cardiache. Il professor Lei ha evidenziato che l’uso di questa tecnologia nei modelli animali rappresenta una nuova e promettente direzione per lo sviluppo di dispositivi biodegradabili e senza fili, che potrebbero rivoluzionare il modo in cui vengono trattate le aritmie cardiache.
Le parole della docente Yujia Zhang
“La nostra batteria a goccia si attiva con la luce, è ricaricabile e biodegradabile dopo l’uso. Ad oggi è la batteria a ioni di litio a base di idrogel più piccola mai realizzata, unita ad una densità energetica molto elevata ,” ha dichiarato la dott.ssa Yujia Zhang, principale ricercatrice dello studio e docente alla École Polytechnique Fédérale di Losanna.
La ricerca è stata pubblicata il 25 ottobre, nella rivista Nature Chemical Engineering