Имплантат для мониторинга уровня сахара в крови, который работает на сахаре

Имплантат для мониторинга уровня сахара в крови, который работает на сахаре

19 Dec 2019
381
Прослушать

Для диабетика контроль уровня сахара в крови - это ежедневная суета, обычно связанная с уколами пальцев. Альтернативой могут быть имплантируемые устройства, которые способны автоматически контролировать сахар и предупреждать пациента, когда ему необходимо внимание, но электропитание этих устройств является сложной задачей. До сих пор основным методом является использование батарей с длительным сроком службы, но для их замены потребуется хирургическое вмешательство. Другие разработчики проводили эксперименты с носимыми устройствами, которые заряжают имплантаты снаружи тела по беспроводной связи, или одноразовыми кожными пластырями, которые контролируют уровень глюкозы в крови без необходимости в использования емких батарей.

Недавно был разработан новый прототип монитора уровня сахара, который получает питание за счет того же самого сахара, который присутствует в жидкостях организма.

Ученые саудовского Научно-технического университета им. короля Абдаллы (KAUST) разработали новое устройство, которое способно поглощать энергию из своего окружения в организме человека. Это не только устраняет проблему электропитания, но и означает, что потенциально токсичные материалы, используемые в батареях, не нужно будет помещать в тело человека.

Информация об этом исследовании была опубликована в журнале Nature Materials.

Новое устройство полностью изготовлено из биосовместимых полимеров, и оно способно не только измерять уровень сахара, но и получать электропитание за счет него. Оно состоит из полупроводникового полимера n-типа, объединенного с ферментом, называемым оксидазой глюкозы. Когда этот фермент вступает в реакцию с глюкозой в окружающей среде, он извлекает из нее электроны и затем транспортирует их через соединенный с ним полимер. Этот процесс может быть использован для определения уровня глюкозы в жидкостях, таких как слюна.

Этот же полимер действует также как анод в элементе питания. При соединении с катодом, изготовленным из другого полимера, химическая энергия глюкозы и кислорода преобразуется в электрическую энергию, необходимую для работы устройства.

Ранее подобные конструкции нуждались в определенном материале-посреднике для транспортировки электронов от фермента к полимеру, но их присутствие вызывало свои собственные осложнения. К счастью, новая технология в нем вообще не нуждается.

По словам ученых, эта система может работать при концентрации глюкозы, характерной для организма человека. Было также установлено, что имплантат достаточно устойчив, чтобы прослужить более 30 дней. Конечно, это не так уж и долго с точки зрения пользователя - не хотелось бы каждый месяц заменять устройство. Но именно так долго продолжался эксперимент, так что, скорее всего, он будет служить дольше.

Потребуется провести дополнительные исследования, чтобы определить, насколько эта идея практична. Пока что это только доказательство концепции.