Ученые Физтеха и Курчатовского института разработали биотопливный элемент, который служит источником питания для активных имплантатов — например, кардио- и нейростимуляторов. Топливом для него является глюкоза из организма пациента. Подробности сообщает издание «Энергия+».
Устройство преобразовывает химическую энергию указанных веществ в электричестве, окисляющую глюкозу, которая является основой их компонентов. Концентрация глюкозы в процессе происходит примерно на одном уровне благодаря естественной саморегуляции — гомеостазу. При этом устройстве потребляется мало биохимической энергии, поэтому на гомеостаз это не влияет.
Биотопливный элемент очень компактен: он состоит из двух электродов , которые живут в ткани пациента, а также контактов, подключаемых к устройству, которые нужно запитать. На аноде находится катализатор — фермент глюкозооксидаза, который окисляет «топливо»-глюкозу и при этом сам не расходуется. В результате образуются протоны и электроны . Протоны отправляются к катоду по электролиту (образует кровь или спинномозговую жидкость), чтобы восстановить кислород в воде. Электроны же обращают внимание на внешнюю цепь питания устройств.
Главный недостаток традиционных имплантируемых медицинских устройств — кардио- и нейростимуляторов или имплантов для восстановления слуха — это использование литийионных аккумуляторов в качестве источников питания. Они громоздки, состоят из бионесовместимых материалов и требуют периодической замены, для чего нужно хирургическое вмешательство.
Анод изготовили из композитных материалов, содержащих в том числе углеродные нанотрубки . Они помогают собрать и прочно закрепить на электроде как можно больше фермента, не допуская его распространения в кровь или спинномозговую жидкость.
Устройство со «сладкой подзарядкой» успешно протестировали на лабораторных крысах. Биотопливный элемент показал измеренную мощность 51,8 микроватта на квадратный сантиметр и напряжение замыкающей цепи порядка 200 милливольт.
фото: Оренбург Медиа