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Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (NTU Singapura) desenvolveram uma bateria flexível tão fina quanto uma córnea humana, que armazena eletricidade quando é imersa em solução salina, e que um dia poderá alimentar lentes de contato inteligentes.
Lentes de contato inteligentes são lentes de contato de alta tecnologia capazes de exibir informações visíveis em nossas córneas e podem ser usadas para acessar realidade aumentada. Os usos atuais incluem ajudar a corrigir a visão, monitorar a saúde dos usuários e sinalizar e tratar doenças para pessoas com problemas crônicos de saúde, como diabetes e glaucoma. No futuro, lentes de contacto inteligentes poderão ser desenvolvidas para gravar e transmitir tudo o que o utilizador vê e ouve para armazenamento de dados baseado na nuvem.
No entanto, para alcançar este potencial futuro, é necessário desenvolver uma bateria segura e adequada para alimentá-los. As baterias recarregáveis existentes dependem de fios ou bobinas de indução que contêm metal e são inadequadas para uso ao olho humano, pois são desconfortáveis e apresentam riscos ao usuário.
A bateria desenvolvida pela NTU é feita de materiais biocompatíveis e não contém fios ou metais pesados tóxicos, como os das baterias de íons de lítio ou dos sistemas de carregamento sem fio. Possui um revestimento à base de glicose que reage com os íons sódio e cloreto da solução salina que o rodeia, enquanto a água contida na bateria serve como ‘fio’ ou ‘circuito’ para a geração de eletricidade.
A bateria também poderia ser alimentada por lágrimas humanas, pois contêm íons sódio e potássio, em menor concentração. Testando a bateria atual com uma solução de ruptura simulada, os pesquisadores mostraram que a vida útil da bateria seria estendida em mais uma hora para cada ciclo de uso de doze horas em que fosse usada. A bateria também pode ser carregada convencionalmente por uma fonte de alimentação externa.
O professor associado Lee Seok Woo, da Escola de Engenharia Elétrica e Eletrônica (EEE) da NTU, que liderou o estudo, disse: “Esta pesquisa começou com uma pergunta simples: as baterias das lentes de contato poderiam ser recarregadas com nossas lágrimas? -carregar baterias, como aquelas para tecnologia vestível que são alimentadas pela transpiração humana.
“No entanto, as técnicas anteriores para baterias de lentes não eram perfeitas, pois um lado do eletrodo da bateria estava carregado e o outro não. Nossa abordagem pode carregar ambos os eletrodos de uma bateria por meio de uma combinação única de reação enzimática e reação de auto-redução. Além do mecanismo de carregamento, ele depende apenas de glicose e água para gerar eletricidade, ambos seguros para os seres humanos e seriam menos prejudiciais ao meio ambiente quando descartados, em comparação com baterias convencionais.”
O co-autor, Yun Jeonghun, pesquisador da EEE da NTU, disse: “O sistema de carregamento de bateria mais comum para lentes de contato inteligentes requer eletrodos de metal nas lentes, que são prejudiciais se forem expostos ao olho humano nu. Enquanto isso, outro O modo de alimentação das lentes, carregamento por indução, requer que uma bobina esteja na lente para transmitir energia, muito parecido com a base de carregamento sem fio de um smartphone. Nossa bateria à base de lágrimas elimina as duas preocupações potenciais que esses dois métodos representam, ao mesmo tempo que libera espaço para mais inovação no desenvolvimento de lentes de contato inteligentes.”
Destacando a importância do trabalho realizado pela equipe de pesquisa, o professor associado da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da NTU, Murukeshan Vadakke Matham, especializado em óptica biomédica e em nanoescala e não esteve envolvido no estudo, disse: “Como esta bateria é baseada em glicose oxidase, que ocorre naturalmente em humanos e alimentada por íons cloreto e sódio, como os de nossas lágrimas, devem ser compatíveis e adequadas para uso humano. Além disso, a indústria de lentes de contato inteligentes tem procurado uma bateria fina e biocompatível que não contém metais pesados, e esta invenção poderia ajudar a promover o seu desenvolvimento para atender a algumas necessidades não atendidas da indústria.”
A equipe de pesquisa solicitou uma patente através da NTUitive, empresa de inovação e empreendimento da NTU. Eles também estão trabalhando para comercializar sua invenção.
As descobertas foram publicadas na revista científica Nanoenergia em junho.
Chore-me uma corrente
A equipe demonstrou sua invenção usando um olho humano simulado. A bateria, que tem cerca de 0,5 milímetros de espessura, gera energia elétrica ao reagir com as lágrimas basais – as lágrimas constantes que criam uma película fina sobre nossos globos oculares – para que os dispositivos embutidos nas lentes funcionem.
A bateria flexível e plana descarrega eletricidade através de um processo chamado redução, quando seu revestimento de glicose oxidase reage com os íons sódio e cloreto nas lágrimas, gerando energia e corrente dentro das lentes de contato.
A equipe demonstrou que a bateria poderia produzir uma corrente de 45 microamperes e uma potência máxima de 201 microwatts, o que seria suficiente para alimentar uma lente de contato inteligente.
Testes de laboratório mostraram que a bateria poderia ser carregada e descarregada até 200 vezes. As baterias típicas de íons de lítio têm uma vida útil de 300 a 500 ciclos de carregamento.
A equipe recomenda que a bateria seja colocada por pelo menos oito horas em uma solução adequada que contenha grande quantidade de íons glicose, sódio e potássio, para ser carregada enquanto o usuário estiver dormindo.
A co-autora Miss Li Zongkang, uma estudante de doutorado da EEE da NTU, disse:”Embora a transmissão de energia sem fio e os supercapacitores forneçam alta potência, sua integração apresenta um desafio significativo devido à quantidade limitada de espaço nas lentes. Ao combinar a bateria e o biocombustível célula em um único componente, a bateria pode carregar-se sozinha sem a necessidade de espaço adicional para componentes com ou sem fio. Além disso, os eletrodos colocados no lado externo da lente de contato garantem que a visão do olho não possa ser obstruída.”
A equipe da NTU conduzirá mais pesquisas para melhorar a quantidade de corrente elétrica que sua bateria pode descarregar. Eles também trabalharão com diversas empresas de lentes de contato para implementar sua tecnologia.
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