Uma bateria comestível e recarregável para alimentar dispositivos usados para monitoramento do trato GI, terapêutica e análise da qualidade dos alimentos.
A eletrônica comestível é um campo crescente da tecnologia que visa desenvolver dispositivos feitos apenas de materiais comestíveis. Se esses dispositivos puderem ser totalmente realizados, eles poderão ter grandes implicações para o diagnóstico e tratamento de doenças do trato gastrointestinal.
Os dispositivos comestíveis não apenas poderiam substituir procedimentos invasivos, dolorosos e caros, como gastroscopia e endoscopia, mas essa tecnologia consumível também poderia ser usada no monitoramento da qualidade dos alimentos, reduzindo a quantidade de produção de resíduos alimentares e limitando os casos de intoxicação alimentar.
Um dos fatores que atualmente impedem a criação de tecnologia comestível é o problema de criar uma fonte de energia comestível. Até agora, as tentativas de fazer isso criaram supercapacitores comestíveis que sofrem de baixa energia por unidade de volume – uma quantidade chamada “densidade de energia” – e uma bateria que deixa quantidades indesejáveis de manganês mineral para trás. Embora um pouco de manganês seja benéfico, muito pode causar efeitos à saúde, como perda de apetite, crescimento lento e problemas reprodutivos, limitando significativamente a quantidade dessa bateria que pode ser consumida.
Fazendo uma refeição com uma bateria
Um novo artigo publicado na revista Materiais avançados documenta a criação de uma nova bateria comestível que aborda essas questões por ser feita exclusivamente de materiais que podem ser consumidos em grandes quantidades.
“Demonstramos pela primeira vez que uma bateria recarregável pode ser realizada usando apenas materiais encontrados em alimentos”, disse o autor do artigo e pesquisador sênior do Istituto Italiano di Tecnologia, Centro de Nanociência e Tecnologia, Mario Caironi. “Em particular, encontramos um material comestível adequado para cada componente necessário para realizar uma bateria funcional”.
Caironi explicou que a bateria de prova de princípio opera a 0,65 Volts (V), voltagem segura em caso de ingestão, fornecendo dezenas de microamperes (μA) por mais de 10 minutos, ou alguns μA por mais de uma hora. “Embora limitado em capacidade, o que demonstramos já é suficiente para fornecer energia a pequenos dispositivos eletrônicos, como LEDs de baixa potência, por tempo limitado”, acrescentou.
A bateria pode ser usada dentro e fora do corpo humano e pode até ser recarregada antes de ser engolida.
Ingredientes comestíveis
As baterias funcionam convertendo a energia química armazenada em energia elétrica. Isso é feito passando elétrons de um eletrodo terminal chamado ânodo para outro eletrodo chamado cátodo através de um circuito externo. Para equilibrar isso, os íons fluem do cátodo para o ânodo por meio de uma substância na bateria chamada solução eletrolítica que está em contato com os dois eletrodos.
A bateria comestível pegou os ingredientes padrão de uma bateria e os recriou com substâncias digeríveis, algumas das quais são alimentos comuns.
O ânodo foi criado usando vitamina B2, ou riboflavina, encontrada em carne bovina, laticínios, cogumelos, ovos e cereais, enquanto um suplemento encontrado em cebola roxa e alcaparras, entre outros alimentos, chamado quercetina, foi usado como cátodo. O eletrólito foi criado a partir de uma solução à base de água e o carvão ativado, amplamente utilizado em medicamentos e como corante alimentar preto, foi usado para aumentar a condutividade.
“O separador, necessário em todas as baterias para evitar curtos-circuitos, era feito de alga nori, do tipo encontrado no sushi”, disse Caironi. “Em seguida, os eletrodos foram encapsulados em cera de abelha a partir da qual se estendem dois contatos de ouro de qualidade alimentar – a folha usada pelos confeiteiros – em um suporte derivado de celulose.”
Os materiais usados para criar a bateria comestível são seguros para consumo em grandes quantidades, com muitas fontes de alimentos contendo concentrações muito maiores do que as encontradas nesta fonte de energia para tecnologia comestível.
“Por exemplo, riboflavina e quercetina, materiais ativos de ânodo e cátodo são suplementos dietéticos comuns, que vêm em cápsulas com algumas centenas de miligramas, enquanto nossas células de bateria contêm menos de 0,5 miligrama de ambos”, disse Ivan K. Ilic, do jornal primeiro autor também do Istituto Italiano di Tecnologia. “O material ativo anódico que usamos, a riboflavina, é crucial na respiração celular. Embora a quercetina, o material ativo catódico que usamos, não desempenhe tal função, moléculas semelhantes também participam da respiração celular.”
Um resultado surpresa
O pesquisador explicou que, embora a equipe tenha reunido a experiência anterior de seus membros que vêm de uma ampla gama de campos científicos interdisciplinares, ele ainda ficou um tanto surpreso com o fato de a bateria realmente funcionar tão bem.
“Embora pensássemos que nossa bateria seria capaz de funcionar, ainda assim foi chocante quando realmente funcionou”, continuou Ilic. “Muitos ingredientes para nossa bateria, carvão ativo, folha de ouro e algas de sushi vieram do supermercado e ainda assim, nossa bateria conseguiu armazenar energia como planejamos! Naturalmente, ficamos muito felizes.”
A equipe está atualmente trabalhando duro no laboratório desenvolvendo uma variedade de diferentes elementos eletrônicos, como transistores, que também serão consumíveis com segurança.
“Assim que quebrarmos os transistores comestíveis, seremos capazes de construir dispositivos lógicos comestíveis e alimentá-los com a bateria”, concluiu Caironi. “Depois desenvolveremos os primeiros dispositivos eletrônicos totalmente comestíveis com funções específicas, como monitoramento do pH no estômago e, eventualmente, tarefas mais complexas.”
Referências: Mario Caironi, et al., Uma bateria recarregável comestível, Materiais Avançados, (2023). DOI: 10.1002/adma.202211400
Crédito da imagem do destaque: G. Berretta Istituto Italiano di Tecnologia – © IIT, todos os direitos reservados
