Имплантируемый автономный элемент питания
Исследователи университета Джозефа Фурье в Гренобле (Франция) впервые имплантировали функционирующий на глюкозе элемент электропитания в организм животного. В условиях живого организма глюкоза является практически неиссякаемым источником энергии, поэтому, в отличие от существующих источников питания для имплантатов, новая батарейка не нуждается в хирургическом удалении с целью замены.
Принцип работы устройства основан на ферментативном катализе реакции взаимодействия глюкозы и кислорода, содержащихся в тканях организма. Более ранние попытки имплантации подобных элементов животным оканчивались неудачей из-за того, что для функционирования ферментов требовалась кислая среда, либо их активность подавляли содержащиеся во внеклеточной жидкости заряженные частицы. Авторы преодолели эту проблему, зафиксировав ферменты внутри электродов, представляющих собой диски из прессованного графита и находящиеся внутри диализных мешков. Такое устройство обеспечивает доступ глюкозы и кислорода к ферментам, катализирующим сопровождающуюся выделением электроэнергии реакцию окисления глюкозы.
Авторы имплантировали такие батарейки в брюшную полость двух крыс. Максимальная мощность устройства в организме достигала 6,5 микроватт, что немного меньше, чем 10 микроватт, необходимых для поддержания работы водителей сердечного ритма. Спустя 11 дней батарейка в брюшной полости одной из крыс еще поддерживала напряжение около двух микроватт, тогда как побочные продукты метаболизма глюкозы регистрировались в моче второй крысы в течение трех месяцев, что указывает на частичное сохранение работоспособности устройства, по крайней мере, в течение этого времени. Специалисты считают, что проделанная авторами работа является прорывом в области разработки имплантируемых биологических источников электропитания.
Разработанную авторами батарейку можно использовать для обеспечения электропитанием широкого спектра устройств, таких как стимуляторы роста нервов и костной ткани, устройства для контролируемой доставки лекарственных препаратов и биосенсоры. Однако для этого необходимо повысить эффективность передачи электронов между ферментами и электродами.
В ближайшем будущем разработчики планируют заняться решением этой задачи. После этого они будут работать над усовершенствованием дизайна устройства, заменой используемых при его изготовлении материалов на биосовместимые и тестированием новой версии питательного элемента на более крупных животных в течение более продолжительного времени. Специалисты считают, что, если промышленность проявит заинтересованность в технологической разработке биологических элементов питания, их можно довести до стадии производства уже в ближайшем будущем.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам TechnologyReview: Power from Glucose.
20.05.2010