Los dispositivos electrónicos para el control constante de la salud del paciente tienen una gran demanda en la medicina moderna. Estos implantes se pueden fabricar con materiales completamente seguros y señalan aumentos repentinos de los niveles de azúcar en sangre, presión arterial o la aparición de una respuesta inmunitaria a los medicamentos.
A pesar del rendimiento a largo plazo, estos dispositivos deberán desecharse algún día. La solución obvia al problema, la extracción quirúrgica del implante, claramente no es la mejor, ya que cualquier intervención de este tipo será dolorosa y, a veces, peligrosa.
Por lo tanto, muchos grupos de bioingenieros de todo el mundo están desarrollando dispositivos integrados en el cuerpo, que podrían disolverse y excretarse independientemente del cuerpo después de la fecha de vencimiento.
“La creación de estos implantes es un gran paso adelante. Hasta hace poco, no ha habido avances en el desarrollo de dispositivos biomédicos solubles”, dice el coautor Jeffrey Borenstein del Draper Laboratory en Massachusetts, EE. UU.
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En 2012, el científico de materiales colega de Borenstein, John Rogers, de la Universidad de Illinois, y su grupo introdujeron una serie de chips de silicio biodegradables capaces de controlar la temperatura o la deformación mecánica, transmitir información a dispositivos fuera del cuerpo (a una computadora o teléfono inteligente, por ejemplo) e incluso calentar tejidos corporales. para prevenir infecciones. Algunos de estos chips estaban alimentados por bobinas de inducción que proporcionaban energía inalámbrica desde fuentes externas.
Pero la transmisión inalámbrica de energía no es muy adecuada para los implantes subcutáneos, que a veces deben colocarse en capas profundas de tejido o incluso debajo del hueso. Además, los componentes de dichos dispositivos son muy complejos y engorrosos. Después de investigar estos problemas, Rogers y su equipo han creado baterías optimizadas totalmente biodegradables para complementar los dispositivos existentes.
Los ingenieros utilizaron láminas de magnesio como ánodos y una placa de hierro, molibdeno o tungsteno como cátodos. Todos estos metales se disolverán lentamente en el cuerpo y sus iones en concentraciones bajas son biocompatibles.
El electrolito entre los dos electrodos es un tampón de fosfato de sodio. Todos estos componentes también están empaquetados en un polímero biodegradable, polianhídrido.
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Como se informa en un artículo publicado en la revista Advanced Materials, el amperaje del dispositivo puede variar según el metal utilizado en el cátodo. Por ejemplo, una celda con un área de un centímetro cuadrado con un ánodo de magnesio de 50 micrómetros de espesor y un cátodo de molibdeno de 8 micrómetros de espesor da 2,4 miliamperios.
Una vez disuelta, la batería libera menos de 9 miligramos de magnesio (Foto de la Universidad de Illinois).
Una vez disuelta, dicha batería libera menos de 9 miligramos de magnesio, que es aproximadamente el doble del stent de la arteria coronaria de magnesio que se ha probado con éxito en ensayos clínicos. Tales concentraciones pueden no causar problemas, dijo Rogers.
Hasta ahora, todas las versiones del dispositivo biodegradable son capaces de funcionar en el cuerpo durante 24 horas, pero los ingenieros ya están trabajando para aumentar la vida potencial de la productividad. También esperan aumentar la densidad de energía modificando la superficie de la lámina de magnesio. La gran superficie aumentará la reactividad del material. Según estimaciones preliminares de los autores del estudio, una batería de 0,25 centímetros cuadrados y solo un micrómetro de espesor es bastante capaz de alimentar un sensor subcutáneo durante el día.
Tenga en cuenta que el desarrollo de Rogers es un competidor potencial del proyecto de Christopher Bettinger: este último usó el pigmento de la piel melanina para crear los ánodos para la máxima seguridad del bioacumulador. No obstante, el análisis comparativo mostró que las baterías de ánodo de magnesio de Rogers son igualmente seguras, pero tienen una mayor densidad de energía y una vida más larga, lo que significa que ganan.
Borenstein añade que cualquiera de estos dispositivos se puede utilizar no solo para la monitorización biomédica y la administración de fármacos, sino también, por ejemplo, como sensores para evaluar continuamente el estado del medio ambiente. Los sensores degradables se pueden colocar en el océano, donde controlan el grado de contaminación, y al final de su vida se disuelven casi sin dejar rastro.
