Un nuevo dispositivo nanotecnológico desarrollado por un equipo de investigación dirigido por investigadores de la Universidad de Tel Aviv, permitirá al cuerpo humano generar corrientes eléctricas y voltaje mediante la activación de varios órganos con fuerza mecánica.
El estudio fue dirigido por el profesor Ehud Gazit, de la Escuela Shmunis de Biomedicina e Investigación del Cáncer de la Facultad Wise de Ciencias de la Vida, el Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la Facultad Fleischman de Ingeniería y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología, junto con su equipo de laboratorio, el Dr. Santu Bera y el Dr. Wei Ji.
El equipo de investigación exploró el desarrollo de la nanotecnología que implica un material biológico nuevo y extremadamente fuerte, similar al colágeno. El material no es tóxico y no causa daños en los tejidos del cuerpo.
Los investigadores creen que la nueva tecnología tiene un futuro potencial en muchos lugares, incluyendo la recolección de energía limpia a través del propio movimiento natural del cuerpo para hacer funcionar dispositivos médicos implantados en el cuerpo, eliminando la necesidad de baterías.
En el estudio participaron también investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias de Rehovot y de varios institutos de investigación de Irlanda, China y Australia. Como resultado de sus hallazgos, los investigadores recibieron dos subvenciones del ERC-POC destinadas a utilizar la investigación científica de la subvención del ERC que Gazit había ganado previamente para la tecnología aplicada.
Para poner a prueba su teoría, el equipo de investigación creó estructuras nanométricas de material de ingeniería y, con la ayuda de herramientas nanotecnológicas avanzadas, aplicó presión mecánica sobre ellas. De este modo, descubrieron que al ejercer presión sobre el material se creaban corrientes eléctricas y voltajes, tal y como habían teorizado. También descubrieron que las diminutas estructuras de solo cientos de nanómetros demostraban uno de los mayores niveles de capacidad piezoeléctrica jamás descubiertos, comparable o superior al de los materiales piezoeléctricos que se encuentran habitualmente en el mercado actual, la mayoría de los cuales contienen plomo y, por tanto, no son adecuados para aplicaciones médicas.
Este descubrimiento es muy significativo, explican los investigadores, ya que demuestra la capacidad que tienen los materiales de ingeniería de servir como una especie de motor para dispositivos médicos extremadamente pequeños. Además, a diferencia de los materiales piezoeléctricos ya disponibles, esta nanotecnología no contiene plomo y, por tanto, es segura para su uso médico.
“La mayoría de los materiales piezoeléctricos que conocemos hoy en día son materiales tóxicos a base de plomo, o polímeros, lo que significa que no son respetuosos con el medio ambiente ni con el cuerpo humano. Nuestro nuevo material, sin embargo, es completamente biológico y, por tanto, apto para su uso en el cuerpo”, explicó el profesor Gazit. “Por ejemplo, un dispositivo fabricado con este material podría sustituir a una batería que suministra energía a implantes como los marcapasos, aunque debería ser sustituida de vez en cuando. Los movimientos corporales -como los latidos del corazón, los movimientos de la mandíbula, los movimientos intestinales o cualquier otro movimiento que se produzca en el cuerpo de forma habitual- cargarán de electricidad el dispositivo, que activará continuamente el implante”.
El equipo de investigación tiene previsto continuar sus investigaciones aplicando métodos de cristalografía y mecánica cuántica computacional, o teoría del funcionamiento de la densidad, para conocer en profundidad el comportamiento piezoeléctrico del material y permitir así la ingeniería precisa de los cristales para la construcción de dispositivos biomédicos.
Los dispositivos fabricados con este material podrían utilizarse para sustituir a las baterías en dispositivos médicos como los marcapasos, explicaron los científicos. En lugar de utilizar fuentes de energía externas, el dispositivo se cargaría con los movimientos regulares del cuerpo, como los latidos del corazón, los movimientos de la mandíbula o incluso los movimientos intestinales. Cualquier movimiento del cuerpo que se produzca de forma habitual cargaría el dispositivo con electricidad, lo que mantendría el implante continuamente activado.
Aunque en esta fase la investigación se centrará en el desarrollo de dispositivos médicos, Gazit subrayó que “los materiales piezoeléctricos respetuosos con el medio ambiente, como el que hemos desarrollado, tienen un enorme potencial en una amplia gama de áreas porque producen energía verde utilizando la fuerza mecánica que se está utilizando de todos modos”, lo que significa que en el futuro podrían utilizarse en otras áreas, aligerando la presión que muchas fuentes de energía ejercen actualmente sobre el medio ambiente.
“Por ejemplo, un coche que circule por la calle puede encender las farolas”, añadió Gazit. “Estos materiales también pueden sustituir a los materiales piezoeléctricos que contienen plomo y que actualmente se utilizan de forma generalizada, pero que suscitan preocupación por la fuga de metal tóxico al medio ambiente”.
