Tendencias de las células de biocombustible para dispositivos biomédicos inteligentes

Mahdieh Sharifi; Ramyakrishna Pothu; Rajender Boddula; Ghasem Rezanejade Bardajee | DICIEMBRE 2019
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Debido a la creciente demanda del control de enfermedades como el aumento de la frecuencia cardíaca, la diabetes, y los trastornos oculares, los dispositivos biomédicos vestibles e implantables parecen esenciales para los pacientes no sólo en el hospital sino también en casa o durante su tiempo laboral.

Los investigadores tratan de ofrecer información valiosa sobre las condiciones de los pacientes a través de herramientas no invasivas, gracias al uso de dispositivos biomédicos de confort con un mínimo efecto secundario. Es por ello por lo que se recomiendan dispositivos pequeños y de alta sensibilidad. Entre las diferentes fuentes de energía que se han estudiado para estos dispositivos, las células de biocombustible serían una buena elección debido a su capacidad de generar suficiente potencia de salida en comparación a una fuente de energía primaria. La naturaleza de la reacción del electrodo y la naturaleza de las reacciones bioquímicas son algunos de los parámetros importantes que se consideran para la clasificación de las células de combustible.  

Células de biocombustible enzimáticas debido a la alta actividad en condiciones suaves ampliamente aplicado en marcapasos, glucómetros y lentes de contacto inteligentes en comparación con otros tipos de células de biocombustible.

Por otro lado, la corta vida útil es una de las limitaciones importantes en este tipo de fuente de energía. Por lo tanto, la forma más fácil de superar estos desafíos es aplicar los no enzimáticos. Estudios recientes han intentado emitir un nuevo método para la fabricación de células de biocombustible no enzimáticas para producir una nueva generación que sea más barata, desechable, selectiva y sensible. Sin embargo, la consideración de investigadores para el desarrollo de dispositivos biomédicos autoalimentados utilizando fluidos corporales o que proporciona el almacenamiento de electricidad está aumentando.

Introducción

El tipo más común de pila de combustible es una pila de combustible inorgánica que consiste en una membrana de intercambio de protones alcalina, ácido fosfórico, carbonato fundido, y el óxido sólido. Las características más importantes de este tipo de pila es que son de baja temperatura y normalmente requieren catalizadores caros del grupo P. Las células de combustible consisten en el ánodo, el electrolito y el cátodo. Las reacciones en el combustible de células hacen que el combustible consuma, el agua o el dióxido de carbono y se produce una corriente eléctrica que puede ser utilizada para alimentar dispositivos eléctricos. Las células de combustible biológico son una clase de células de combustible que se clasifican en términos de la naturaleza de la reacción de los electrodos y la naturaleza de las reacciones bioquímicas. Puede referirse a: célula de combustible microbiana, y célula de biocombustible enzimática. Un sistema bio-electroquímico que impulsa una corriente mediante el uso de microbios llamados célula de combustible microbiana.

El uso de microbios para generar electricidad fue introducido por primera vez por Potter en 1911 y se aplicó principalmente para el tratamiento de aguas residuales. En general, en las células enzimáticas de biocombustible se les aplica una enzima como catalizador para oxidar el combustible. Los EFC tienen varias ventajas, por ejemplo, las enzimas redox pueden ser extraídas de una amplia gama de organismos vivos y éstas son un catalizador sostenible.

La primera idea sobre los EFC fue realizada por Yahiro en 1964. Además, los EFC son capaces de producir energía eléctrica principalmente por la oxidación de la glucosa. Hasta ahora, se han propuesto una variedad de aplicaciones para las células de biocombustible, incluyendo el transporte y la generación de energía, fuentes de energía implantables, tratamiento de aguas residuales, robots, dispositivos biomédicos. El suministro de dispositivos médicos con maquinaria inteligente es una gran plataforma para el desarrollo de productos médicos modernos.

Estos logros necesitan algunos parámetros como la descripción de un nuevo enfoque de integración y la investigación de nuevas combinaciones de materiales. Por ejemplo, los dispositivos biomédicos inteligentes requieren lacas de película delgada además de estudios de catálisis sobre encapsulación. No cabe duda de que el perfeccionamiento de los dispositivos biomédicos inteligentes conduce al desarrollo de numerosos beneficios como la captación de las señales bioquímicas, bioeléctricas, biomecánicas, bioacústicas y bioópticas del cuerpo. Por otra parte, los investigadores demostraron que la fuente de energía es un requisito clave para apoyar los recientes y notables avances en una amplia gama de dispositivos electrónicos, incluidos los sensores inteligentes inalámbricos que se pueden llevar puestos y los dispositivos biomédicos. En particular, las células de biocombustible, que son únicas para la generación de energía en las lentes de contacto inteligentes. Aquí, este artículo de revisión ha resumido varios trabajos de revisión relacionados con las células de biocombustible con aplicaciones biomédicas. En las secciones siguientes, no sólo elaboramos la célula de biocombustible como una importante fuente de energía en un dispositivo médico, sino que también resumimos los trabajos informados sobre la posible célula de biocombustible en el marcapasos, el glucómetro y las lentes de contacto. También destacamos los desafíos actuales y las perspectivas futuras de los dispositivos biomédicos, especialmente Lentes de contacto inteligentes.

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