Глюкоза — источник энергии для будущих медицинских имплантатов

Источник: mit.edu

В последнее время все больше ученых и инженеров занимается разработкой интерфейсов «мозг — машина». Возможно, уже скоро медицинские имплантаты позволят парализованным пациентам управлять своим телом и конечностями. Но такие устройства нуждаются в электроэнергии — в небольшом, но постоянном объеме. В Массачусетском технологическом институте, в лаборатории адъюнкт-профессора электротехники Рахула Сарпешкара, разработан элемент питания для таких медицинских имплантатов. Автором проекта является бывший аспирант профессора Бенджамин Рапопорт. В качестве источника энергии используется глюкоза. Стоит отметить, что идея не нова — в 70-х годах прошлого века ученые создали элемент, работающий на глюкозе, для питания кардиостимуляторов.

Но затем выбор был сделан в пользу литий-ионных батарей, так как они обеспечивают большую мощность на единицу площади. К тому же, в первых глюкозных элементах питания применялись ферменты, непрактичные для долгосрочной имплантации. После определенного срока они переставали эффективно функционировать. Устройство, созданное Рапопортом, не имеет биологических компонентов. Для извлечения электронов из глюкозы используется платиновый катализатор (платина является биосовместимым материалом). По сути дела, имитируется естественный процесс расщепления глюкозы для получения АТФ, клеточного топлива. Существующие опытные образцы могут генерировать до сотен микроватт — этого достаточно, чтобы обеспечить энергией нейронные имплантаты.

Элемент питания изготавливается на основе кремниевой пластины, по известным технологиям производства электроники. Это позволит в будущем интегрировать его в другие схемы, необходимые для работы имплантатов. По словам Рапопорта, в качестве источника глюкозы может выступать ликвор — спинномозговая жидкость, которая омывает мозг и предохраняет его от ударов о черепную коробку. В этой субстанции очень мало живых клеток, так что опасность иммунного ответа на присутствие инородного предмета маловероятна. В ликворе имеется достаточное количество глюкозы, которая почти не используется организмом. Для работы топливного элемента требуется совсем немного сахара, поэтому воздействие на функции мозга будет минимальным.