Per affrontare queste sfide, i ricercatori cinesi hanno ideato una batteria impiantabile che funziona con l’ossigeno nel corpo. Lo studio, pubblicato il 27 marzo sulla rivista Chem , dimostra che nei ratti il ​​design proof-of-concept può fornire energia stabile ed è compatibile con i sistemi biologici.

"Se ci pensi, l'ossigeno è la fonte della nostra 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 limitati all'interno delle batterie convenzionali."

Per costruire una batteria sicura ed efficiente, i ricercatori hanno realizzato i suoi elettrodi con una lega a base di sodio e oro nanoporoso, un materiale con pori migliaia di volte più piccoli della larghezza di un capello. 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 ricercatori hanno poi impiantato 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 poteva produrre tensioni stabili comprese tra 1,3 V e 1,4 V, con una densità di potenza massima di 2,6 µW/cm ² . Sebbene l'emissione sia insufficiente per alimentare i 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 dall'instabilità della produzione 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 guarigione delle ferite."

Successivamente, il team prevede di aumentare l'erogazione di energia della batteria esplorando materiali più efficienti per gli elettrodi e ottimizzando la struttura e il design della batteria. Liu ha anche osservato che la batteria è facile da espandere nella produzione e che la scelta di materiali convenienti può abbassare ulteriormente il prezzo. La batteria del team potrebbe trovare anche altri scopi oltre all'alimentazione di dispositivi medici.

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