Notícia

Célula a combustível sob a pele converte açúcar do sangue em energia elétrica

Laboratório do Dr. Martin Fussenegger, ETH Zurique

Fonte

ETH Zurique | Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

terça-feira, 4 abril 2023 06:30

Áreas

Bioeletrônica. Bioengenharia. Biologia. Biomedicina. Bioquímica. Engenharia Biológica. Engenharia Biomédica. Hematologia. Medicina. Metabolismo. Saúde Pública. Sistemas de Controle.

No diabetes tipo 1, o corpo não produz insulina. Isso significa que os pacientes precisam obter o hormônio externamente para regular seus níveis de açúcar no sangue. Hoje em dia, isso é feito principalmente por meio de bombas de insulina conectadas diretamente ao corpo. Esses dispositivos, bem como outras aplicações médicas, como marca-passos, exigem um suprimento de energia confiável, que atualmente é atendido principalmente por energia de baterias descartáveis ou recarregáveis.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Dr. Martin Fussenegger, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Biossistemas do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique), na Suíça, colocou em prática uma ideia aparentemente futurista. Eles desenvolveram uma célula a combustível implantável que usa o excesso de açúcar no sangue (glicose) para gerar energia elétrica. Os pesquisadores combinaram a célula a combustível com células beta artificiais desenvolvidas por seu grupo há vários anos. Elas produzem insulina com o toque de um botão e efetivamente reduzem os níveis de glicose no sangue, muito parecidos com seus modelos naturais no pâncreas.

“Muitas pessoas, especialmente nas nações ocidentais industrializadas, consomem mais carboidratos do que precisam na vida cotidiana”, explicou o Dr. Fussenegger. Isso, acrescenta ele, leva à obesidade, diabetes e doenças cardiovasculares. “Isso nos deu a ideia de usar esse excesso de energia metabólica para produzir eletricidade para alimentar dispositivos biomédicos”, disse o pesquisador.

Célula a combustível em formato de saquinho de chá

No coração da célula a combustível está um ânodo (eletrodo) feito de nanopartículas à base de cobre, que a equipe do professor Fussenegger criou especificamente para esta aplicação. Ele consiste em nanopartículas à base de cobre e divide a glicose em ácido glucônico e um próton para gerar eletricidade, que aciona um circuito elétrico.

Envolto em um tecido não tecido e revestido com alginato, um produto de algas aprovado para uso médico, a célula a combustível se assemelha a um pequeno saquinho de chá que pode ser implantado sob a pele. O alginato absorve o fluido corporal e permite que a glicose passe do tecido para a célula a combustível interna.

Uma rede de diabetes com sua própria fonte de alimentação

Em uma segunda etapa, os pesquisadores acoplaram a célula a combustível a uma cápsula contendo células beta artificiais. Estas células podem ser estimuladas a produzir e secretar insulina usando corrente elétrica ou luz LED azul.

O sistema combina geração sustentada de energia e administração controlada de insulina. Assim que a célula a combustível registra o excesso de glicose, ela começa a gerar energia. Essa energia elétrica é então usada para estimular as células a produzir e liberar insulina no sangue. Como resultado, o açúcar no sangue cai para um nível normal. Uma vez que cai abaixo de um certo valor limite, a produção de eletricidade e insulina para.

A energia elétrica fornecida pela célula a combustível é suficiente não apenas para estimular as células beta artificiais, mas também para permitir que o sistema implantado se comunique com dispositivos externos, como um smartphone. Isso permite que usuários em potencial ajustem o sistema por meio de um aplicativo. Um médico também pode acessá-lo remotamente e fazer ajustes. “O novo sistema regula autonomamente os níveis de insulina e glicose no sangue e pode ser usado para tratar diabetes no futuro”, concluiu o Dr. Martin Fussenegger.

Os resultados foram publicados na revista científica Advanced Materials.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (em inglês).

Fonte: Peter Rüegg, ETH Zurique. Imagem: o protótipo da célula a combustível. Fonte: Laboratório do Dr. Martin Fussenegger, ETH Zurique.

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