Gerador de eletricidade estática alimentará nova geração de implantes médicos

O implante miniaturizado gera eletricidade a partir de ultrassons externos.
[Imagem: Young-Jun Kim et al. - 10.1002/adma.202307194]

Implantes eletrônicos sem baterias

Dispositivos eletrônicos implantados no corpo - como marcapassos no coração ou chips no cérebro - que permitem a medição e regulação em tempo real de sinais fisiológicos, têm feito a diferença para um sem-número de condições médicas.

No entanto, ainda existem deficiências técnicas que têm dificultado a utilização continuada desses dispositivos após sua implantação. Os implantes tradicionais exigem cirurgias para troca das baterias, enquanto os mais recentes, carregados por tecnologia sem fio, ainda não contam com as garantias de segurança desejáveis.

Para suprir essa deficiência, além de levar a tecnologia dos implantes eletrônicos para condições mais desafiadoras, como a doença de Parkinson, Young-Jun Kim e colegas da Universidade Pohang de Ciência e Tecnologia (Coreia do Sul) criaram uma nova forma de alimentação de aparelhos eletrônicos que dispensa tanto as baterias quanto as bobinas e antenas de transmissão de eletricidade sem fios.

A equipe criou materiais eletrostáticos que permitem a transmissão de eletricidade. Em vez das ondas de rádio de alta potência usadas hoje, esses novos materiais usam ultrassom extremamente fraco - além do que o ultrassom é um método com segurança validada em diversas áreas médicas para diagnósticos e tratamentos.

Os materiais são formados pela mesclagem de camadas de polímeros isolantes e um material cerâmico chamado titanato de cobre-cálcio. O compósito resultante gera eletricidade estática por meio do atrito entre suas camadas, produzindo energia elétrica efetiva, e possui impedância de saída extremamente baixa, facilitando a transmissão eficiente da eletricidade gerada.

Esquema do gerador de eletricidade estática, fotos do protótipo e esquema de seu implante e uso.
[Imagem: Young-Jun Kim et al. - 10.1002/adma.202307194]

Estimulação nervosa com eletricidade

Para demonstração de sua tecnologia, a equipe criou um estimulador neurológico implantável alimentado por transmissão de energia baseada em ultrassom, eliminando a necessidade de baterias. Em testes com modelos animais, o dispositivo foi ativado mesmo em níveis padrão de ultrassom de imagem (500 mW/cm²), impondo um esforço mínimo ao corpo humano. Além disso, o implante funcionou como esperado, usando estimulação nervosa para atenuar os sintomas relacionados com a micção anormal causada por distúrbios da bexiga hiperativa.

"Nós superamos os desafios no campo dos dispositivos médicos implantáveis utilizando tecnologia de transmissão de energia baseada em ultrassons, que é inofensiva para o corpo humano. Esta pesquisa serve como um caso de introdução de tecnologia de materiais avançados em dispositivos médicos, e prevemos que ela promoverá o surgimento de uma indústria médica de próxima geração, incluindo o tratamento de doenças intratáveis usando dispositivos implantáveis," disse o professor Sung-Min Park, um dos coordenadores da equipe.