Исследователи из ETH Zurich использовали способность человеческого тела производить электричество, чтобы показать, как размещение топливного элемента под кожей может превращать сахар крови в энергию. Работа, опубликованная в Advanced Materials, показывает, что наш избыток сахара в крови может даже питать медицинские устройства, такие как инсулиновые помпы и, возможно, кардиостимуляторы.
На реализацию подобной концепции ученых подтолкнуло то, что многие люди, особенно в промышленно развитых странах Запада, потребляют больше углеводов, чем им нужно в повседневной жизни. Если использовать эту избыточную метаболическую энергию для производства электроэнергии, то можно обеспечить питанием биомедицинские устройства!
Новый топливный элемент команды основан на электроде из наночастиц на основе меди, разработанном специально для этого приложения в Департаменте биосистемных наук и инженерии в ETH Zurich в Базеле. Он завернут в специальный нетканый материал и покрыт веществом, называемым альгинатом, который производится из водорослей и часто используется в медицине.
Затем этот топливный элемент в тканевой оболочке можно имплантировать под кожу, где альгинат может выполнять двойную задачу: поглощать телесные жидкости и "открывать дверь" для проникновения глюкозы в топливный элемент. И как только он окажется там, его можно будет подключить к капсуле, содержащей искусственные бета-клетки — искусственные имитации клеток, вырабатывающих инсулин в нашем организме.
Часть топливных элементов этого дуэта питается от глюкозы, которая поглощается и разделяется клеткой для выработки электроэнергии. Затем это электричество поступает в капсулу с искусственными бета-клетками, где побуждает их вырабатывать и выделять инсулин в кровь. Затем система может вернуть уровень сахара в крови человека к нормальному уровню и отключить выработку инсулина до тех пор, пока не будет обнаружен очередной всплеск уровня сахара в крови.
Фактически, новая система автономно регулирует уровень инсулина и глюкозы в крови и может быть использована для лечения диабета в будущем. Команда говорит, что в организме вырабатывается достаточно электроэнергии, чтобы не только питать эти искусственные бета-клетки, но и позволить всей системе потенциально взаимодействовать с внешними устройствами. Это позволит пользователям настраивать инсулиновую помпу с питанием от тела прямо с экрана смартфонов.
Продукт был успешно протестирован на мышах, но у команды нет финансовых возможностей, чтобы довести эту идею до коммерчески жизнеспособного уровня. Сейчас исследователи находятся на этапе активного поиска партнера.
