211service.com
Kracht van glucose
Wetenschappers hebben de eerste functionele glucose-biobrandstofcel in een levend dier geïmplanteerd. In tegenstelling tot batterijen die stroom leveren aan implantaten, hoeft een stroomopwekkend apparaat misschien niet operatief te worden verwijderd en vervangen, omdat glucose een potentieel onbeperkte energiebron is.
Zoete kracht: Wetenschappers implanteerden een door glucose aangedreven apparaat in de buikholte van een rat en maten de prestaties gedurende drie maanden. Het glucoseapparaat bestaat uit elektroden gemaakt van gecomprimeerde grafietschijven die enzymen bevatten die de oxidatie van glucose katalyseren. De elektroden zitten in een dialysezak die enzymen binnenhoudt, maar glucose en zuurstof doorlaat.
Het apparaat gebruikt enzymen om energie te halen uit glucose en zuurstof die van nature in het lichaam aanwezig zijn. Eerdere pogingen om een dergelijk apparaat bij dieren te gebruiken zijn mislukt omdat de enzymen zure omstandigheden nodig hadden of werden geremd door geladen deeltjes in de vloeistof die de cellen omringt. Maar Philippe Cinquin en zijn team van de Joseph Fourier University in Grenoble, Frankrijk, overwonnen deze obstakels door geselecteerde enzymen op te sluiten in grafietschijven die in dialysezakken werden geplaatst. Glucose en zuurstof stroomden het apparaat binnen, maar enzymen bleven op hun plaats en katalyseerden de oxidatie van glucose om elektrische energie te genereren.
Het team implanteerde het apparaat operatief in de buikholte van twee ratten. Het maximale vermogen van het apparaat was 6,5 microwatt, wat in de buurt komt van de 10 microwatt die pacemakers nodig hebben. Het vermogen bleef 11 dagen rond de twee microwatt bij één rat, en de andere rat vertoonde gedurende drie maanden bijproducten van glucose-oxidatie in zijn urine, wat aangeeft dat het apparaat minstens zo lang meegaat. Dit is een grote doorbraak op het gebied van implanteerbare biobrandstofcellen, zegt Shelley Minteer, elektrochemicus aan de Saint Louis University.
Het is een behoorlijk interessant artikel dat voor het eerst aantoont dat je elektrische energie kunt opwekken uit lichaamsvloeistoffen, zegt Itamar Willner, een biomoleculaire chemicus aan de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem.
De technologie kan worden gebruikt voor een reeks toepassingen, zoals neurale en botgroeistimulatoren, apparaten voor medicijnafgifte, insulinepompen en biosensoren, zegt Eileen Yu, een chemisch ingenieur aan de Universiteit van Newcastle. Maar of enzymen lang stabiel blijven, is een zorg, zegt ze. En de efficiëntie van de overdracht van elektronen tussen enzymen en elektroden moet worden verbeterd, zegt ze.
Cinquin gelooft dat zijn team de efficiëntie kan verbeteren. Ik ben optimistisch dat we in toekomstige versies tientallen milliwatts zullen krijgen, zegt hij.
De auteurs willen het apparaat vervolgens voor langere tijd testen in grotere dieren, het ontwerp verbeteren en biocompatibele materialen opnemen. Als de industrie bereid is om deel te nemen aan de technologische ontwikkeling van biobrandstofcellen, ben ik er zeker van dat het gebruik van biobrandstofcellen voor het aandrijven van medische implantaten in een zeer korte tijd zal plaatsvinden, zegt Willner.