Palivový článek pod kůží, který k výrobě elektrické energie využívá přebytečný cukr v krvi! To zní neuvěřitelně, přesto nyní tým v čele s Martinem Fusseggerem ze Spolkové vysoké technické školy v Curychu (Švýcarsko) ukázal, že to funguje.
Mnoho lidí v západním světě přijímá více sacharidů, než spotřebuje. Stravovací návyky a nedostatek pohybu vedou k obezitě, cukrovce a kardiovaskulárním onemocněním. To přivedlo vědce k myšlence využít přebytečnou energii (glukózu) k výrobě elektřiny pro napájení biomedicínských zařízení, jako je např. kardiostimulátor.
Potenciál tohoto konceptu se týmu podařilo ukázat na systému uvolňování inzulinu při cukrovce 1. typu. Testování proběhlo na myších. Při tomto onemocnění tělo neprodukuje inzulin, který snižuje hladinu krevního cukru po jídle. Pacienti musí inzulin dostávat externě – obvykle pomocí inzulínových pump, které nosí na těle. Tato zařízení, stejně jako kardiostimulátory, však vyžadují spolehlivé zásobování energií.
Vědci zkombinovali nově zkonstruovaný palivový článek s uměle vytvořenými beta buňkami, které vyvinuli již před několika lety a které podobně jako lidské beta buňky ve slinivce břišní uvolňují inzulín. Jde o systém speciálních beta buněk v kapslích, které při stimulaci elektrickým proudem nebo modrým LED světlem produkují a uvolňují inzulín.
Jak to celé funguje? Palivový článek se skládá z anody obsahující nanočástice oxidu měďnatého, který katalyzuje štěpení glukózy na kyselinu glukonovou (vylučovanou ledvinami) za uvolnění protonu a elektronu. Elektronický obvod je zásobován elektrony, zatímco protony (H+) putují k platinové katodě, která katalyzuje vznik vody (H2O) díky přítomnosti kyslíku (O2). Dochází tak k přeměně metabolické energie na energii elektrickou. Palivový článek se zapíná při zvýšené hladině glukózy v krvi (po jídle) a spouští rychlé uvolňování inzulinu stimulací upravených beta buněk. Přebytek glukózy tedy spouští výrobu energie a následná produkce inzulinu snižuje hladinu krevního cukru. Jakmile klesne produkce elektřiny pod určitou hladinu, zastaví se i uvolňování inzulinu. Palivový článek a upravené beta buňky tvoří uzavřený okruh, který automaticky a soběstačně udržuje rovnováhu glukózy v krvi a mohl by být v budoucnu použit k léčbě cukrovky.
Palivový článek je zapouzdřen do celulózové membrány a potažen hydrogelem z řas, což jej chrání a izoluje od tělního prostředí, ale zároveň umožňuje průchod glukózy do zařízení. Prototyp připomíná malý čajový sáček, který lze implementovat pod kůži.
Vědci upozorňují, že se jedná teprve o ranou fázi vývoje, avšak potenciál pro napájení lékařských přístrojů v lidském těle je slibný.
Chtěli byste vyvíjet podobná biomedicínská zařízení? Přihlaste se ke studiu aplikované mechaniky na Fakultě aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni.
Zdroje: