Esta pila se carga con el ácido del estómago

Inspirados en un experimento escolar, científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en EE UU, han creado un dispositivo que puede medir la temperatura o llevar un medicamento dentro del cuerpo. La energía que necesita para funcionar la toma de una pila que usa el ácido del estómago como medio para la corriente eléctrica entre los dos electrodos. El ingenio, que aún tiene margen de mejora, estuvo funcionando una semana en el aparato digestivo de varios cerdos.

Uno de los sueños de la medicina personalizada es contar con minúsculos sensores que viajen por el cuerpo, y con fármacos llevados hasta el foco mismo de la infección y liberados a demanda. Pero se enfrenta al problema de cómo hacer que funcionen estos dispositivos. Las actuales pilas, como las de botón, aún son demasiado grandes. En los ensayos que se han hecho, está presente el riesgo de contaminación por los materiales tóxicos de los que están hechas. Otros han intentado mandar la electricidad desde fuera, de forna inalámbrica. Pero hay otra opción, que sea el propio cuerpo el que ayude a generarla.

La pila está inspirada en un experimento escolar con dos láminas metálicas y un limón

Es lo que idearon estos científicos del MIT. Llevan años investigando con sensores digeribles que pueden medir la respiración y el ritmo cardíaco desde el tracto digestivo o con las llamadas píldoras electrónicas que, una vez tragadas, van liberando el principio activo durante semanas. Pero necesitaban una fuente de energía interna y la encontraron en los jugos gástricos. Además de mucho moco y agua, estos jugos están formados fundamentalmente por ácido clorhídrico y sales como cloruros de potasio y de sodio. Ahí está la base para crear una pila eléctrica.

"El sistema que usamos tiene muchas similitudes con la pila de limón con la que se experimenta en las clases de ciencias de secundaria", dice el investigador del Instituto Koch del MIT, Giovanni Traverso, coautor de esta cápsula experimental. "En nuestro dispositivo, el fluido gastrointestinal sirve como electrolito entre los dos electrodos de cobre y zinc que representan el cátodo [polo negativo] y el ánodo [polo positivo]", añade. Traverso acaba de definir lo que es una pila eléctrica como la que idearan Luigi Galvani y Alessandro Volta hace más de 200 años.

La pila que Volta enseñó a Napoleón medía casi un metro y la mostrada ahora en la revista Nature Biomedical Engineering tiene apenas 30 milímetros de largo y 10 de ancho. Y dentro no está solo la pila, también incluye un potenciómetro, un microcontrolador, un sensor de temperatura, un procesador para controlar todo el mecanismo y hasta un transmisor inalámbrico que envía los datos a una base situada fuera del cuerpo a una distancia de hasta dos metros.

La nueva pila fue ensayada en cinco cerdos. En todos los casos alimentó los circuitos de la cápsula durante varios días, en alguno más de una semana, enviando datos de temperatura cada 12 segundos de media hasta la base exterior. También la ensayaron para activar una píldora electrónica que portaba un supuesto fármaco. El medicamento estaba diseñado para ser liberado lentamente y protegido por una membrana de oro. El circuito formado por el cobre, el zinc y el ácido del estómago logró la potencia necesaria para ir degradando la membrana. La cantidad de metal ingerida siempre fue muy inferior a la que pueden contener los suplementos vitamínicos.

El voltaje logrado nunca superó los 0,5 voltios pero, gracias a un condensador, el mecanismo podía elevarlo a los 3 voltios que necesitaba el circuito para funcionar. En cuanto a la potencia generada, "tanto en el estómago como en los intestinos la densidad de potencia oscilaba entre unos pocos microvatios por milímetro cuadrado (μW mm²) y otros pocos nanovatios mm^2", explica Traverso. Aunque esperaban que la concentración de ácido hiciera que la pila rindiera más en el estómago, no contemplaban tantas oscilaciones. Ahora quieren estudiar cómo lograr un rendimiento más uniforme a lo largo de todo el tracto digestivo y reducir hasta un quinto de su tamaño esta pila alimentada con los jugos gástricos.