Кардио- и нейростимуляторы, а также другие активные импланты, для нормальной работы в штатном режиме нуждаются в питании. Учёные Физтеха, а также Курчатовского института нашли оптимальное решение проблемы и создали оригинальный биотопливный элемент, способный служить источником такого питания. Подробности сообщает издание «Энергия+».
Созданный элемент трансформирует химическую энергию, присущую веществам органического происхождения, в электрическую энергию. Происходит это в результате окисления глюкозы, содержащейся в физиологических жидкостях человеческого организма. Её концентрация в результате естественной саморегуляции, по-научному именуемой гомеостазом, всегда находится приблизительно на одном уровне. Изобретённый элемент при этом настолько мизерно потребляет биохимическую энергию, что это не оказывает влияния на гомеостаз.
Разработанный биотопливный элемент имеет небольшой размер. Конструкция состоит из пары электродов, вживлённых в ткани больного, и контактов, подсоединяемых к прибору, нуждающемуся в запитывании. Катализатор размещают на аноде. Его роль играет фермент глюкозооксидаза — она эффективно окисляет глюкозу, не теряя в процессе собственной массы. При помощи такого катализатора происходит образование электронов и протонов. Последние перемещаются к катоду по электролиту, в роли которого может использоваться кровь либо спинномозговая жидкость, и восстанавливают кислород до воды. Энергия устройства питает электроны, которые попадают во внешнюю цепь.
Это разработка очень актуальна, поскольку традиционные имплантируемые медицинские устройства, нормализующие работу сердца, нервной системы, восстанавливающие слух, имеют общий недостаток — их источником питания служит литийионный аккумулятор. Как правило, такие аккумуляторы громоздкие, их изготавливают из бионесовместимых материалов, достаточно часто приходится производить замену, что сопряжено с обязательной хирургической операцией. Анод же создали из композитных материалов, в т. ч. углеродных нанотрубок. С их помощью легко собрать и закрепить на электроде большой объём фермента, препятствуя его проникновению в кровь либо спинномозговую жидкость. Аппарат, позволяющий получить “сладкую подзарядку”, вполне успешно прошёл тестирование на лабораторных крысах. Мощность биотопливного элемента составила 51,8 милливатт на сантиметр квадратный, а напряжение — около 200 милливольт.
Фото сгенерировано нейросетью