Исследователи из Курчатовского института достигли значительного прогресса в разработке биотопливных элементов (БТЭ) для имплантируемых медицинских устройств, таких как нейростимуляторы. В основе новой разработки лежит использование углеродных наноматериалов, которые позволяют значительно повысить эффективность этих источников питания.
Биотопливные элементы, состоящие из двух микроэлектродов, работают на принципе электрохимической реакции: фермент на аноде расщепляет глюкозу, производя протоны и электроны, которые затем участвуют в реакции восстановления кислорода на катоде. Задача учёных заключалась в том, чтобы увеличить площадь поверхности электродов и создать материалы, способные поддерживать высокую эффективность устройства.
Для этого исследователи использовали многостенные углеродные нанотрубки, которые представляют собой полые цилиндрические структуры, созданные из атомов углерода с диаметром от одного до нескольких десятков нанометров. Эти нанотрубки позволили улучшить электрохимические характеристики БТЭ.
Эффективность устройства была протестирована на лабораторных животных: электроды были имплантированы в голову крыс, где проводились электрохимические измерения. Результаты показали, что мощность в диапазоне от 16,3 до 51,8 мкВт/см² достаточна для обеспечения работы нейростимулирующих имплантов. Эти данные подтверждают возможность разработки БТЭ, которые могут генерировать электричество непосредственно при имплантации в организм млекопитающих.
Следующим шагом исследователей станут эксперименты по длительной имплантации биотопливных элементов, после чего начнутся доклинические исследования на лабораторных животных, что приближает данную технологию к практическому применению в медицине.
