Bateria de gotculas aciona aparelhos biointegrados e at clulas individuais

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 31/08/2023

Bateria lquida

Inspirando-se no modo como as enguias eltricas geram eletricidade, pesquisadores criaram uma “bateria de gotas” que abre caminho para o desenvolvimento de pequenos dispositivos biointegrados, com uma ampla gama de aplicaes em biologia e medicina.

A bateria usa um gradiente inico atravs de uma cadeia de gotculas, em uma dimenso to minscula que capaz at mesmo de regular a atividade biolgica dos neurnios.

Pequenos dispositivos biointegrados que possam interagir e estimular clulas individuais podem ter importantes aplicaes teraputicas, incluindo a administrao de terapias medicamentosas direcionadas e a acelerao da cicatrizao de feridas.

No entanto, todos esses dispositivos precisam de uma fonte de energia para funcionar e, at o momento, no havia meios eficientes de fornecer energia em nvel de microescala.

“A fonte de energia macia e miniaturizada representa um avano nos dispositivos biointegrados. Ao tirar proveito dos gradientes inicos, desenvolvemos um sistema biocompatvel em miniatura para regular clulas e tecidos em microescala, o que abre uma ampla gama de aplicaes potenciais em biologia e medicina,” disse Yujia Zhang, da Universidade de Oxford, no Reino Unido.

Gerador de corrente inica

A pequena fonte de energia construda depositando uma cadeia de cinco gotculas de um hidrogel condutor, criando uma rede 3D de cadeias polimricas contendo uma grande quantidade de gua absorvida.

Cada gota, com um volume na casa dos nanolitros, tem uma composio diferente, de modo a criar um gradiente de concentrao de sal ao longo da cadeia. As gotculas so separadas de suas vizinhas por bicamadas lipdicas, que fornecem suporte mecnico e evitam que os ons fluam entre as gotculas.

O gerador ativado quando resfriado a 4 C ou mudando o meio circundante: Isso rompe as bicamadas lipdicas e faz com que as gotculas formem um hidrogel contnuo, permitindo que os ons se movam atravs do hidrogel condutor, desde as gotculas com alto teor de sal nas duas extremidades at a gotcula com baixo teor de sal no meio.

Com as gotculas nas duas extremidades devidamente conectadas a eletrodos, a energia liberada pelos gradientes inicos transformada em eletricidade, permitindo que a estrutura funcione como uma fonte de energia para componentes externos.

A potncia mxima de sada de uma unidade feita de gotculas de 50 nanolitros foi de cerca de 65 nanowatts (nW). Esse rendimento foi obtido mesmo depois que as baterias foram construdas, armazenados por 36 horas, e s ento ativadas. Em funcionamento, a bateria de gotculas produziu uma corrente que persistiu por mais de 30 minutos.

E, assim como colocar vrias pilhas em um aparelho aumenta a energia disponvel, possvel combinar vrios nanogeradores de gotas. Por exemplo, enfileirando 20 unidades de cinco gotas em srie, foi possvel acender um LED que requer cerca de 2 Volts. A equipe no v limites na quantidade mxima de baterias que possam ser enfileiradas.

Controle de clulas

A equipe demonstrou o uso prtico da bateria fixando clulas vivas em uma das suas extremidades, permitindo que a atividade dessas clulas pudesse ser regulada diretamente pela corrente inica.

O dispositivo tambm foi conectado a gotculas contendo clulas progenitoras neurais humanas, que foram coradas com um corante fluorescente para indicar sua atividade. Quando a fonte de energia foi ligada, a gravao em lapso de tempo demonstrou ondas de sinalizao de clcio intercelular nos neurnios, induzidas pela corrente inica local.

A sinalizao de clcio um mecanismo chave atravs do qual os neurnios comunicam-se uns com os outros para coordenar atividades biolgicas, como liberao de neurotransmissores, disparo neuronal, plasticidade sinptica e transcrio gentica.

Segundo os pesquisadores, o design modular do dispositivo permitir combinar mltiplas unidades para aumentar a tenso e/ou a corrente gerada, permitindo alimentar dispositivos vestveis, interfaces bio-hbridas, implantes, tecidos sintticos e microrrobs.

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