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Baterías de melanina que se pueden ingerir

El uso de nanorobots y micro weareables en aplicaciones médicas tiene la limitación actual de la capacidad de las baterías o fuentes de alimentación de estos dispositivos. Ahora, investigadores han presentado en la 252ª reunión de la Sociedad Americana de Química (ACS) una nueva batería comestible y no tóxica que puede ser introducida en el organismo sin los riesgos químicos de las habituales, gracias a la utilización de pigmentos de melanina, que se encuentra de forma natural en piel, cabello y ojos de nuestro cuerpo.

Este tipo de compuesto para alimentar dispositivos resulta imprescindible cuando se necesita ingerir uno de éstos a diario multiplicando los efectos y los riesgos de las sustancias tóxicas. La melanina, al ser de origen biológico, es comestible.

Hace unos 20 años se desarrolló una batería para una herramienta complementaria de endoscopias que podía atravesar el sistema digestivo sin elevados riesgos, pero teniendo en cuenta que finalmente se expulsaba, por lo que era de un solo uso. El principal riesgo en esta opción era quedar atascada en el tracto intestinal, pero era muy poco probable, salvo que la operación hubiera de repetirse en el mismo paciente numerosas veces.

Por otra parte, algunos dispositivos médicos como los marcapasos que funcionan también con baterías que contienen componentes tóxicos, son protegidas en carcasas lejos del contacto con el cuerpo y condicionan su tamaño. Las nuevas baterías serían también de utilidad en estos aparatos, pero especialmente en aquellos destinados a liberar fármacos que podrían ser alimentados de forma no tóxca.

Según los desarrolladores, un dispositivo degradable ingerible está en el cuerpo durante más de 20 horas. Para minimizar el daño potencial de los dispositivos futuros ingeribles, el equipo de la Universidad Carnegie Mellon (CMU) decidió convertir en energía melaninas y otros compuestos de origen natural. En nuestra piel , cabello y ojos, las melaninas absorben la luz ultravioleta para eliminar los radicales libres y proteger de daños. También logran vincular y desvincular los iones metálicos. Y eso, pensaron que era básicamente una batería.

Basándose en esta idea, los investigadores experimentaron con diseños de baterías que utilizan pigmentos de melanina en cualquiera de los terminales positivos o negativos; diversos materiales de electrodo tales como óxido de manganeso y fosfato de titanio de sodio; y cationes tales como el cobre y el hierro que el cuerpo utiliza para el funcionamiento normal.

Funciona

Aunque la capacidad de una batería de melanina es bajo en relación con el litio-ion, sería lo suficientemente alto como para alimentar un dispositivo de administración de fármacos o de detección ingerible.

Los números exactos dependen de la configuración, pero como ejemplo, podemos alimentar un dispositivo de 5 milivatios hasta 18 horas seguidas usando 600 miligramos de material activo de melanina como cátodo.

Para entender la utilidad de esta opción, los investigadores prevén el uso de la batería de su grupo para detectar cambios en el microbioma intestinal y responder con avisos a los doctores, o para la entrega de las ráfagas de una vacuna durante varias horas antes de degradarse.

Más ingredientes en las baterías comestibles

En paralelo con las baterías de melanina, el equipo también está haciendo baterías comestibles con otros biomateriales, tales como pectina, un compuesto natural de las plantas utilizadas como agente gelificante en mermeladas y jaleas. A continuación, piensan avanzar en el desarrollo de materiales de embalaje, que contendrá la batería de forma segura en el estómago.

Así desarrollaron una batería primaria ingerible mediante la selección de un polímero biodegradable y comestible, pectina, como un separador y metales benignos como electrodos. La batería se encapsula en una carcasa impresa con 3D hecha de ácido poliláctico (PLA) en un tamaño comestible. Dado que los minerales tienen una ingesta dietética recomendada como suplementos nutricionales, se utiliza del magnesio que tiene la ingesta de lácteos, 350 mg en forma de un material de ánodo y hierro que tiene 15 mg de consumo diario como material de cátodo.
Aún no se sabe cuándo serán incorporadas estas baterías en dispositivos biomédicos, pero Bettinger y su equipo ya han encontrado otra aplicación para ellos. Su laboratorio utiliza las baterías para sondear la estructura y la química de los propios pigmentos de melanina para comprender mejor cómo funcionan.
fuente:  ACS.