Batterie: inventata una che si carica attraverso le reazioni del corpo umano

Immaginate se potessimo alimentare  dispositivi biomedici all’interno del corpo. Questo porterebbe a importanti sviluppi nella ricerca medica e a un grande potenziale per nuove applicazioni nei sensori chimici, nei sistemi di somministrazione di farmaci e nei dispositivi di stimolazione elettrica.

Ora, i ricercatori della Binghamton University hanno inventato una biobatteria delle dimensioni di una capsula che ritengono possa essere una soluzione per strumenti diagnostici che dovessero esaminare l’intestino tenue, difficile da raggiungere, secondo un comunicato stampa dell’istituto pubblicato giovedì. Per gli strumenti diagnostici ingestibili le batterie tradizionali sono da un lato limitate nella durata, dall’altro i materiali utilizzati possono essere pericolosi una volta ingeriti.

Il professor Seokheun “Sean” Choi, membro di facoltà del Dipartimento di Ingegneria elettrica e informatica del Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science, ha guidato il team che ha recentemente pubblicato i propri risultati sulla rivista Advanced Energy Materials.

“Ci sono alcune regioni dell’intestino tenue che non sono raggiungibili ed è per questo che sono state sviluppate telecamere ingeribili per risolvere questo problema”, ha detto Choi. “Possono fare molte cose, come l’imaging e il rilevamento fisico, persino la somministrazione di farmaci. Il problema è l’alimentazione. Finora l’elettronica utilizza batterie primarie che hanno un budget energetico limitato e non possono funzionare a lungo termine”.

La nuova soluzione si basa sulle scoperte fatte da Choi negli ultimi dieci anni sull’utilizzo dei batteri per creare bassi livelli di elettricità in grado di alimentare sensori e connessioni Wi-Fi.

Le biobatterie di Choi utilizzano quindi un approccio completamente nuovo che consiste in celle a combustibile microbiche con batteri Bacillus subtilis che formano spore e che rimangono inerti finché non raggiungono l’intestino tenue. “Come si fa a far funzionare selettivamente la microcellula di carburante nell’intestino tenue? Usiamo una membrana sensibile al pH che richiede determinate condizioni per attivarsi”, ha detto Choi. “Se osserviamo il nostro tratto gastrointestinale, l’esofago ha un pH neutro, lo stesso dell’intestino tenue, ma il tempo di transito è di soli 10 secondi. Non si attiverà in quest’area e non funzionerà mai nello stomaco, che ha un pH molto basso. Funziona solo nell’intestino tenue”. A coloro che potrebbero essere contrari all’ingestione di batteri, Choi risponde che il nostro corpo è pieno di microbi non tossici che aiutano la digestione e altre funzioni.

“Usiamo queste spore come biocatalizzatori dormienti e immagazzinabili”, ha detto. “Le spore possono germogliare quando i nutrienti sono disponibili e possono riprendere la vita vegetativa e generare energia”. La ricerca è molto recente (è stata appena pubblicata), ma Choi e i suoi studenti stanno già guardando avanti per migliorare le biobatterie. Vogliono aumentare la velocità con cui la cella a combustibile germina completamente. Attualmente ci vuole circa un’ora.

Inoltre, la cella genera una densità di potenza di circa 100 microwatt per centimetro quadrato – sufficiente per la trasmissione wireless, ma 10 volte di più offrirebbe molte più opzioni di utilizzo. “Credo che la nostra micro-cella a combustibile abbia un enorme potenziale, ma la strada da percorrere è ancora lunga”, ha dichiarato. Ovviamente queste batterie dovranno essere testate prima di poter essere prodotte in massa.