Дослідники розробили імплантований паливний елемент, який виробляє електрику з надлишку глюкози в крові. Пристрій призначений для лікування діабету 1-го типу.
Біоінженери зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха (ETH Zurich) розробили прототип паливного елемента, який імплантується під шкіру і перетворює цукор крові в електричну енергію. Енергія використовується для виробництва інсуліну за допомогою капсули, що містить штучні бета-клітини. Установка допомагає впоратися з цукровим діабетом 1-го типу.
Паливний елемент складається з анода з наночастинок на основі міді. Він розщеплює глюкозу на глюконову кислоту і протон для вироблення електрики, яке призводить в рух електричний ланцюг. Пристрій загорнутий в нетканий матеріал і покрито альгінатом, біосумісним продуктом з екстракту водоростей.
Готовий паливний елемент нагадує чайний пакетик, але його можна імплантувати під шкіру людини. Альгінат вбирає рідина організму і дозволяє глюкозі проходити з тканини в паливний елемент всередині.
Дослідники з’єднали це джерело електрики з розробленою раніше капсулою, що містить штучні бета-клітини. Вони імітують роботу ендокринної частини підшлункової залози, яка виробляє інсулін. Штучні клітини можна стимулювати до вироблення і секреції гормону за допомогою електричного струму або синього світлодіодного світла.
Схема, що ілюструє роботу пристрою при випробуваннях на мишах. Імплант активує виробництво інсуліну при зростанні рівні глюкози в крові, гормон знижує рівень цукру в крові, після цього живлення відключається і вироблення інсуліну припиняється. Зображення: Maity D, et al, Adv. Mater.
Готова система поєднує вироблення енергії і контрольовану подачу інсуліну. Як тільки паливний елемент реєструє надлишок глюкози, він починає генерувати енергію. Потім ця електрична енергія використовується для стимуляції клітин, яка призводить до вироблення і вивільненню інсуліну. В результаті рівень цукру в крові падає до нормального рівня.
При діабеті 1 типу організм виробляє недостатньо інсуліну. Це означає, що пацієнти повинні отримувати гормон ззовні, щоб регулювати рівень цукру в крові. Як правило, для цього використовують інсулінові помпи, які прикріплюються безпосередньо до тіла. Ці пристрої вимагають надійного джерела енергії, як правило, використовуються батарейки. Дослідники вважають, що автономна імплантується система може стати зручною альтернативою для пацієнтів з таким типом діабету.