En el futuro de los dispositivos médicos implantables, las baterías podrían “respirar” como nosotros. Un equipo de investigadores ha diseñado una innovadora batería de Na-O2 implantable y biocompatible. Este dispositivo pionero utiliza oxígeno disuelto en fluidos corporales como componente activo del cátodo, lo que promete una fuente de energía a largo plazo para impulsar una variedad de aplicaciones médicas. Y no fue fácil llegar allí.
Un soplo de energía
¿Qué tal un marcapasos que no necesite ser reemplazado cada pocos años? O un neuroestimulador ¿Que funciona continuamente sin tener que preocuparse por cargar? Estos escenarios, hasta ayer de ciencia ficción, están un poco más cerca gracias a la batería implantable de Na-O2 desarrollada por el equipo de investigación liderado por Yang Lv e Xizheng Liu de la Universidad Tecnológica de Tianjin, China.
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¿La idea detrás de esto? Es tan sencillo como ingenioso: aprovechar el oxígeno ya presente en los tejidos como "combustible" para la batería. En la práctica, esta batería "respira" el O2 disuelto en los fluidos corporales, un poco como lo hacen nuestros pulmones cuando inhalan aire y lo transfieren a la sangre.
Anatomía de una batería viva.
Pero, ¿cómo se construye una batería que funcione en simbiosis con el cuerpo humano? Ciertamente no es un paseo por el parque. Se necesitan materiales especiales, arquitecturas ingeniosas y una buena dosis de biocompatibilidad.
El corazón de esta batería de Na-O2 es el cátodo, compuesto por un catalizador de oro nanoporoso (NPG) que facilita la reacción de reducción de oxígeno. En la práctica, este material esponjoso captura O2 de los fluidos y lo convierte en electricidad.
Del otro lado está el ánodo., compuesto por una aleación de sodio, galio y estaño (NaGaSn) que actúa como reservorio de electrones. Este material innovador supera los problemas de seguridad y estabilidad del sodio metálico puro, que tendería a degradarse rápidamente en el entorno biológico.
Para mantener separados los dos electrodos existe una membrana de intercambio iónico (Nafion) que actúa como barrera protectora. Todo está encerrado en una carcasa blanda y biocompatible hecha de poli-L-lactato-co-caprolactona (PLCL), un material que el cuerpo tolera bien y que permite la creación de una batería flexible e implantable.
En resumen: una joya electroquímica. Un dispositivo en el que cada componente está diseñado para funcionar en armonía con los tejidos vivos, sin provocar reacciones adversas ni inflamación.
Batería implantable, energía para toda la vida
Lo diré en pocas palabras: esta batería no es un ejercicio de estilo. Su potencial de aplicación es enorme y concreto. Durante las pruebas en modelos animales, el dispositivo implantado en ratas demostró un rendimiento electroquímico estable y duradero. con una densidad de potencia de 2,6 μW/cm2 a 1,3 V durante más de 4 semanas.
Esto significa que la batería implantable de Na-O2 podría alimentar continuamente una variedad de dispositivos médicos, desde marcapasos hasta neuroestimuladores, desde sensores de glucosa hasta sistemas de administración de medicamentos. Dispositivos que hoy en día requieren sustitución frecuente o recarga externa, con todos los consiguientes inconvenientes y riesgos para el paciente.
No sólo eso: la reacción de descarga de la batería implica un consumo de O2 de los fluidos corporales, lo que podría tener un efecto terapéutico en sí mismo. Sí, porque en algunos contextos patológicos, como tumores sólidos o infecciones anaeróbicas, la hipoxia tisular es un agravante. Al retirar algo de oxígeno de estas áreas, la batería podría crear un entorno menos propicio para el crecimiento de células enfermas.
Es un poco como el sueño de todo médico: un dispositivo implantable que no sólo controla y estimula, sino que también trata de forma sinérgica. Una especie de "marcapasos" metabólico que también reequilibra la bioquímica de los tejidos.
El desafío de la biocompatibilidad
Por supuesto, el camino por delante es todavía largo y lleno de obstáculos. El principal desafío para difundir esta tecnología es garantizar su total biocompatibilidad y seguridad a largo plazo. No se puede implantar algo en un cuerpo humano que tarde o temprano cause problemas.
Durante experimentos con ratas, la batería implantable de Na-O2 mostró una excelente tolerabilidad, sin causar inflamación ni reacciones inmunes significativas. Los productos de descarga, principalmente iones Na+ y OH-, son eliminados eficientemente por los riñones y el hígado sin alterar la homeostasis. Además, se han formado nuevos capilares alrededor del cátodo que garantizan un suministro constante de O2, lo que demuestra la perfecta integración del dispositivo en los tejidos del huésped.
Pero las ratas no son personas, y probar una batería implantable en humanos requiere estándares de seguridad extremadamente altos y protocolos experimentales rigurosos. Debes asegurarte de que cada componente sea estable y no libere sustancias tóxicas a largo plazo. Es necesario verificar que las prestaciones se mantengan constantes en el tiempo y que no se produzcan derivas electroquímicas peligrosas. Y la interfaz entre el dispositivo y los tejidos debe gestionarse con cuidado para evitar fibrosis o rechazo.
Todas estas cuestiones requerirán aún mucho trabajo interdisciplinario, entre científicos de materiales, electroquímicos, ingenieros biomédicos y médicos. Pero las premisas son apasionantes.
Batería implantable que “respira”: hacia un futuro simbiótico
¿Qué pensaría él? Luis Galvani, el pionero de la electrofisiología, ¿ante esta unión entre química y electricidad en los sistemas vivos? Él quien, observando las ancas de rana sacudidas por la corriente, fue el primero en comprender la íntima relación entre los fenómenos biológicos y eléctricos. Quizás, al ver una batería implantable que "respira", tras recuperarse de su asombro sonreiría con suficiencia.
O tal vez, como anatomista que era, se sorprendería de cómo el cuerpo humano puede acomodar y alimentar un dispositivo artificial. Como una madre alimentando a su bebé, nuestros tejidos ofrecen oxígeno y estabilidad a esta criatura electroquímica, en una perfecta simbiosis entre lo orgánico y lo inorgánico.
¿Se parece un poco al sueño posthumano de los cyborgs y transhumanistas de superar los límites de la biología con la ayuda de la tecnología? ¿O se trata simplemente de una visión más antigua y profunda, que tiene sus raíces en la coevolución entre la vida y la materia?
Después de todo, nuestras células son baterías diminutas que respiran oxígeno y “bombean” energía. Esta batería implantable lleva al extremo un principio que la naturaleza siempre ha conocido.
Por supuesto, aún quedará mucho por hacer y discutir. Cuestiones éticas, regulatorias, sociales y existenciales a abordar. Pero una cosa es segura: con esta innovación, la frontera entre energía y vida se vuelve más delgada. Y el futuro de los dispositivos médicos implantables adquiere un aire nuevo y electrizante.
