可植入的燃料电池发电从多余的葡萄糖在血液中

在1型糖尿病,身体不能产生胰岛素。这意味着病人获取外部调节血糖的激素水平。如今,这主要是通过直接连接到身体的胰岛素泵。这些设备以及其他医疗应用程序例如心脏起搏器,目前需要一个可靠的能源供应,这是遇到了主要由权力从一次性或可充电电池。

现在,一组研究人员由马丁·Fussenegger从生物系统科学与工程学系苏黎世ETH巴塞尔的把一个看似超前的想法付诸实践。他们已经研发出一种可植入的燃料电池使用多余的血糖(葡萄糖)组织产生电能。研究人员结合燃料电池用人造β细胞由集团几年前。这些产生胰岛素的触摸按钮,有效降低血糖水平就像自然胰腺的榜样。

“许多人,尤其是在西方工业化国家,比他们需要消耗更多的碳水化合物在日常生活中,“Fussenegger解释道。他补充说,这导致肥胖、糖尿病和心血管疾病。“这给了我们的想法,使用这个额外的能量代谢产生生物医学装置提供电力,”他说。

燃料电池在茶包格式

燃料电池的核心是一个阳极铜基纳米颗粒制成的(电极),Fussenegger的团队专门为这个应用程序创建的。它由含铜纳米粒子和葡萄糖分解为葡糖酸和一个质子发电,设置一个电路。

裹着无纺织物和涂以藻酸盐,一种藻类产品批准供医疗使用,燃料电池就像一个小茶叶袋,可以植入皮肤下。海藻酸盐吸收体液,并允许葡萄糖通过从组织到燃料电池内部。

一个糖尿病有自己的供电网络

在第二步中,研究者结合燃料电池与胶囊含有人工β细胞。这些可以刺激生产和分泌胰岛素使用电流或蓝色LED照明灯。Fussenegger和他的同事们已经测试这样的设计师细胞前一段时间。

系统结合了持续发电和控制胰岛素交付。一旦燃料电池寄存器多余的葡萄糖,它开始发电。这种电能用于刺激细胞产生和释放胰岛素进入血液。因此,血糖下降到正常水平。一旦低于某一阈值,电力和胰岛素的生产停止。

由燃料电池提供足够的电能不仅刺激设计师细胞也使植入系统与外部设备,如智能手机通信。这允许潜在用户调整系统通过相应的应用程序。医生也可以远程访问它,做出调整。“新系统自动调节胰岛素和血糖水平和将来可用于治疗糖尿病,”Fussenegger说。

不确定的市场成熟之路

现有的系统只是一个原型。尽管研究者已经成功测试了老鼠,他们无法开发适销对路的产品。“为市场带来这样的装置是远远超出了我们的财务和人力资源,“Fussenegger说。这将要求一个行业合作伙伴与适当的资源和技术。

参考:Maity D·雷P,布克曼P, Mansouri M, Fussenegger M .血液检测葡萄糖代谢燃料电池驱动的自我应承担的量足够的生物电子学。阿德母亲。3月28日在线发表2023:2300890。doi:10.1002 / adma.202300890

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