تیم تحقیقاتی سلول سوختی تولید می کند که از گلوکز الکتریسیته تولید می کند

یک سلول سوختی زیر پوست که قند خون را از بدن به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند، شبیه داستان علمی تخیلی است. با این حال، همانطور که یک تیم تحقیقاتی ETH زوریخ به رهبری مارتین فوسنگر، ​​استاد بیوتکنولوژی و مهندسی زیستی، نشان داده است که کار می کند.

در دیابت نوع 1، بدن انسولین تولید نمی کند. این بدان معناست که بیماران باید این هورمون را از خارج دریافت کنند تا سطح قند خون خود را تنظیم کنند. امروزه این کار بیشتر از طریق پمپ های انسولین که مستقیماً به بدن متصل می شوند انجام می شود. این دستگاه‌ها و همچنین سایر کاربردهای پزشکی مانند ضربان‌سازها، به منبع انرژی قابل اعتماد نیاز دارند که در حال حاضر عمدتاً از طریق برق از باتری‌های یکبار مصرف یا قابل شارژ تأمین می‌شود.

اکنون، تیمی از محققان به سرپرستی مارتین فوسنگر از دپارتمان علوم و مهندسی بیوسیستم در ETH زوریخ در بازل، یک سلول سوختی قابل کاشت ابداع کرده‌اند که از قند خون اضافی (گلوکز) از بافت برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کند. محققان پیل سوختی را با سلول های بتای مصنوعی که چندین سال پیش توسط گروه خود توسعه داده بودند، ترکیب کردند. اینها با لمس یک دکمه انسولین تولید می کنند و به طور موثر سطح گلوکز خون را مانند الگوهای طبیعی خود در پانکراس کاهش می دهند.

فوسنگر توضیح می‌دهد: «بسیاری از مردم، به‌ویژه در کشورهای صنعتی غربی، کربوهیدرات‌های بیشتری نسبت به نیازشان در زندگی روزمره مصرف می‌کنند. او می افزاید که این امر منجر به چاقی، دیابت و بیماری های قلبی عروقی می شود. او می‌گوید: «این به ما این ایده را داد که از این انرژی متابولیک اضافی برای تولید برق برای تأمین انرژی دستگاه‌های زیست‌پزشکی استفاده کنیم.

پیل سوختی در قالب چای کیسه ای

در قلب پیل سوختی یک آند (الکترود) ساخته شده از نانوذرات مبتنی بر مس قرار دارد که تیم فوسنگر به طور خاص برای این کاربرد ایجاد کرده است. از نانوذرات مبتنی بر مس تشکیل شده و گلوکز را به اسید گلوکونیک و یک پروتون برای تولید الکتریسیته تقسیم می‌کند که یک مدار الکتریکی را به حرکت در می‌آورد.

این پیل سوختی که در یک پارچه نبافته پیچیده شده و با آلژینات پوشش داده شده است، محصول جلبکی مورد تایید برای استفاده پزشکی است، شبیه یک چای کیسه ای کوچک است که می توان آن را در زیر پوست کاشت. آلژینات مایع بدن را جذب می کند و به گلوکز اجازه می دهد از بافت به سلول سوختی داخل منتقل شود.

یک شبکه دیابت با منبع تغذیه خودش

در مرحله دوم، محققان پیل سوختی را با یک کپسول حاوی سلول‌های بتا مصنوعی جفت کردند. اینها را می توان با استفاده از جریان الکتریکی یا نور LED آبی برای تولید و ترشح انسولین تحریک کرد. فوسنگر و همکارانش قبلاً چنین سلول های طراح را در سال 2016 آزمایش کردند.

این سیستم تولید انرژی پایدار و تحویل کنترل شده انسولین را ترکیب می کند. به محض اینکه پیل سوختی گلوکز اضافی را ثبت کرد، شروع به تولید نیرو می کند. سپس از این انرژی الکتریکی برای تحریک سلول ها برای تولید و آزادسازی انسولین در خون استفاده می شود. در نتیجه قند خون به سطح طبیعی کاهش می یابد. هنگامی که به زیر یک مقدار آستانه مشخص می‌رسد، تولید برق و انسولین متوقف می‌شود.

انرژی الکتریکی ارائه شده توسط پیل سوختی نه تنها برای تحریک سلول های طراح کافی است، بلکه سیستم کاشته شده را قادر می سازد تا با دستگاه های خارجی مانند تلفن هوشمند ارتباط برقرار کند. این به کاربران بالقوه اجازه می دهد تا سیستم را از طریق یک برنامه مربوطه تنظیم کنند. یک پزشک همچنین می تواند از راه دور به آن دسترسی داشته باشد و تنظیمات را انجام دهد. فوسنگر می گوید: «سیستم جدید به طور مستقل سطح انسولین و گلوکز خون را تنظیم می کند و می تواند در آینده برای درمان دیابت استفاده شود.

سیستم موجود فقط یک نمونه اولیه است. اگرچه محققان آن را با موفقیت روی موش ها آزمایش کردند، اما قادر به توسعه آن به یک محصول قابل فروش نیستند. فوسنگر می گوید: «ارائه چنین دستگاهی به بازار بسیار فراتر از منابع مالی و انسانی ما است. این امر نیازمند یک شریک صنعتی با منابع و دانش مناسب است.