28 مارس 2023 - در دیابت نوع 1، بدن انسولین تولید نمی کند. این بدان معناست که بیماران برای تنظیم سطح قند خون خود باید هورمون انسولین را از خارج دریافت کنند. در حال حاضر، این کار بیشتر از طریق پمپ های انسولین که مستقیماً به بدن متصل می شوند، انجام می گردد. این دستگاه‌ها و همچنین سایر دستگاه های پزشکی مانند ضربان‌سازها، به منبع انرژی قابل اعتمادی نیاز دارند که در حال حاضر عمدتاً از طریق باتری‌های یکبار مصرف یا قابل شارژ تأمین می ‌شود.

اکنون، تیمی از محققان به رهبری پرفسور مارتین فوسنگر از دپارتمان علوم و مهندسی بیوسیستم درETH  زوریخ در بازل، ایده‌ای به ظاهر آینده ‌نگری را عملی کرده‌اند. آنها یک سلول سوختی قابل کاشت ساخته اند که از قند خون اضافی (گلوکز) موجود در بافت برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می کند. محققان این پیل سوختی را با سلول های بتای مصنوعی که چندین سال پیش توسط همین گروه توسعه یافته بود، ترکیب کردند. آنها توضیحاتی در مورد این پیل سوختی در مجله Advanced Materials منتشر کرده اند.

پرفسور فوسنگر توضیح داد: بسیاری از مردم، به ویژه در کشورهای صنعتی غربی، از کربوهیدرات ها بیشتر از آنچه در زندگی روزمره نیاز دارند،  استفاده می کنند، که این امر منجر به چاقی، دیابت و بیماری های قلبی عروقی می شود. این به ما این ایده را داد که از این انرژی متابولیکی اضافی برای تولید برق برای تأمین انرژی دستگاه‌های زیست ‌پزشکی استفاده کنیم.

پیل سوختی در قالب چای کیسه ای

در قلب این پیل سوختی یک آند (الکترود) ساخته شده از نانوذرات مبتنی بر مس قرار دارد، که تیم پرفسور فوسنگر به طور خاص برای این کاربرد ساخته اند. این آند 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 می ‌آورد.

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

طرح تولید انرژی و کنترل انسولین: وقتی سطح گلوکز خون بالا می رود، مدار فعال می شود و با انرژی حاصل، تولید انسولین تحریک می شود.

یک شبکه دیابت با منبع تغذیه خودش

در مرحله دوم، محققان پیل سوختی را با یک کپسول حاوی سلول‌های بتای مصنوعی، جفت کردند. این سلول ها را می توان با استفاده از جریان الکتریکی یا نور LED آبی برای تولید و ترشح انسولین تحریک کرد. پرفسور فوسنگر و همکارانش قبلاً چنین سلول‌هایی را در مقاله‌ای که در سال 2016 درScience منتشر شد، آزمایش کردند.

این سیستم تولید انرژی پایدار و تحویل کنترل شده ی انسولین را با هم انجام می دهد. به محض اینکه پیل سوختی گلوکز اضافی را دریافت کرد، شروع به تولید انرژی می کند. سپس از این انرژی الکتریکی برای تحریک سلول ها برای تولید و آزاد سازی انسولین به خون استفاده می شود. در نتیجه قند خون به سطح طبیعی کاهش می یابد. هنگامی که به زیر یک مقدار آستانه مشخص می ‌رسد، تولید برق و انسولین متوقف می‌ شود.

انرژی الکتریکی ارائه شده توسط پیل سوختی نه تنها برای تحریک سلول های بتای مصنوعی کافی است، بلکه سیستم کاشته شده را قادر می سازد تا با دستگاه های خارجی مانند تلفن هوشمند ارتباط برقرار کند. این به کاربران اجازه می دهد تا سیستم را از طریق یک برنامه ی نرم افزاری تنظیم کنند. همچنین یک پزشک می تواند از راه دور به آن دسترسی داشته باشد و تنظیمات را انجام دهد. پرفسور فوسنگر می گوید: این 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 ی اولیه است. اگرچه محققان با موفقیت آن را روی موش ها آزمایش کردند، اما هنوز نتوانستند آن را به یک محصول قابل فروش تبدیل کنند. پرفسور فوسنگر گفت: 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.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2023-03-implantable-fuel-cell-generates-electricity.html