Generadores eléctricos miniaturizados basados en hidrogel alimentan dispositivos biomédicos

El desarrollo de dispositivos de ingeniería que puedan captar y convertir el movimiento mecánico del cuerpo humano en electricidad es esencial para alimentar dispositivos bioelectrónicos. Esta conversión de energía mecanoeléctrica es vital para dispositivos como marcapasos cardíacos, estimuladores cerebrales y sistemas portátiles de administración de fármacos. Si bien ha habido numerosos intentos de crear convertidores mecanoeléctricos miniaturizados durante la última década, el desafío de lograr una alta producción eléctrica junto con diseños que se ajusten a la estructura del cuerpo sigue siendo un desafío importante. Ahora, los investigadores han logrado un gran avance con el desarrollo de un convertidor de energía mecanoeléctrico de alto rendimiento basado en hidrogeles (materiales poliméricos blandos ricos en agua) para alimentar dispositivos bioelectrónicos.

En la Universidad de Hong Kong (HKU, Pokfulam, Hong Kong), investigadores han construido un generador eléctrico utilizando un hidrogel cargado de iones colocado entre dos electrodos. Cuando se aplica presión mecánica a esta configuración, los iones cargados positivamente y los iones cargados negativamente en el hidrogel se mueven a velocidades variables. Este movimiento da como resultado la separación de cargas eléctricas, generando voltaje y corriente que pueden ser aprovechados por un circuito externo. El equipo ha utilizado de forma innovadora diseños asimétricos en el dispositivo, aumentando significativamente la salida eléctrica a niveles mucho más altos que los alcanzados anteriormente, específicamente 5,5 mA/m2 y 916 mC/m2 por ciclo. Esta producción supera en aproximadamente diez veces la de los nanogeneradores triboeléctricos y otros generadores flexibles. En su estudio, los investigadores demostraron un parche blando capaz de liberar medicamentos de forma controlada, destacando las aplicaciones potenciales de esta tecnología en otros dispositivos biomédicos como marcapasos cardíacos, monitores de salud portátiles e interfaces para realidad virtual y aumentada.

"La clave es utilizar la asimetría estructural y química para amplificar la separación de cargas en el hidrogel cargado de iones", dijo el profesor Lizhi Xu de HKU, y agregó que "con estos diseños asimétricos, la salida eléctrica de los generadores de hidrogel se mejoró en órdenes de magnitud, lo cual es importante para la alimentación de dispositivos biomédicos miniaturizados".

“Los hidrogeles son buenas estructuras de dispositivos que se adaptan al cuerpo porque son suaves, flexibles y pueden diseñarse para imitar las propiedades de los tejidos biológicos. Son altamente biocompatibles y capaces de adaptarse a la forma de diversos tejidos del cuerpo”, dijo el profesor Xu.

Enlaces relacionados:
La Universidad de Hong Kong