植入式燃料电池 利用血液中过量的葡萄糖发电

在1型糖尿病中，身体不产生胰岛素。这意味着患者必须从外部获得激素来调节血糖水平。目前，这主要是通过直接连接到身体的胰岛素泵完成的。这些设备以及其他医疗应用(如起搏器)需要可靠的能源供应，目前主要通过一次性或可充电电池供电。

现在，由巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的Martin Fussenegger领导的一组研究人员将一个看似未来主义的想法付诸实践。他们开发了一种可植入的燃料电池，利用组织中多余的血糖(葡萄糖)来产生电能。研究人员将燃料电池与几年前由他们的团队开发的人造β细胞相结合。它们只需按一下按钮即可产生胰岛素，并有效地降低血糖水平，就像它们在胰腺中的自然榜样一样。他们在《先进材料》杂志上描述了他们的燃料电池。

“许多人，特别是在西方工业化国家，消耗的碳水化合物比日常生活中需要的要多，”Fussenegger解释说。他补充说，这会导致肥胖、糖尿病和心血管疾病。“这给了我们利用这种多余的代谢能量来发电来为生物医学设备提供动力的想法，”他说。

茶包形式的燃料电池

燃料电池的核心是由铜基纳米颗粒制成的阳极(电极)，Fussenegger的团队专门为此应用创建。它由铜基纳米颗粒组成，将葡萄糖分解成葡萄糖酸和质子以发电，从而使电路运动。

燃料电池包裹在无纺布中，并涂有海藻酸盐，这是一种被批准用于医疗用途的藻类产品，类似于一个可以植入皮肤下的小茶包。藻酸盐吸收体液，并允许葡萄糖从组织进入内部的燃料电池。

具有自己电源的糖尿病网络

在第二步中，研究人员将燃料电池与含有人造β细胞的胶囊耦合。这些可以被刺激以使用电流或蓝色LED灯产生和分泌胰岛素。Fussenegger和他的同事已经在2016年发表在《科学》杂志上的一篇论文中测试了这种设计细胞。

该系统结合了持续发电和受控胰岛素输送。一旦燃料电池记录到多余的葡萄糖，它就会开始发电。然后，该电能用于刺激细胞产生胰岛素并将其释放到血液中。结果，血糖下降到正常水平。一旦低于某个阈值，电力和胰岛素的生产就会停止。

燃料电池提供的电能不仅足以刺激设计细胞，还足以使植入系统与智能手机等外部设备进行通信。这允许潜在用户通过相应的应用程序调整系统。医生也可以远程访问它并进行调整。“新系统自主调节胰岛素和血糖水平，可用于未来治疗糖尿病，”Fussenegger说。

现有系统只是一个原型。尽管研究人员已经在小鼠身上成功测试了它，但他们无法将其开发成适销对路的产品。“将这种设备推向市场远远超出了我们的财政和人力资源，”Fussenegger说。这将需要一个拥有适当资源和专门知识的行业伙伴。

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