Neurální implantáty a cukr

Největší z glukózových palivových článků s hranou 64 nanometrůFoto:  MIT, Sarpeshkar Lab

Problém napájení tělních implantátů má „jednoduché“ řešení. Stačí je napájet z těla pacienta.

Napájení lékařských implantátů umístěných v těle představuje velký problém. Ten vyřešíme ve chvíli, kdy se tyto elektronické implantáty budou umět „živit“ ze stejného zdroje jako buňky. Lidské buňky přitom získávají energii z jednoduchého cukru glukózy, která se nachází v tělních tekutinách. Na Massachussettském technologickém institutu v tomto směru udělali velký pokrok. 

Místo mitochondrií palivové články 

Jejich cílem bylo vytvoření energeticky naprosto soběstačných neurálních implantátů. Řada z nich pomáhá paralyzovaným pacientům při pohybu končetin. Nutnou podmínkou funkce implantátů je sledování komunikace v mozkových buňkách a to vyžaduje stálý přísun energie. Před vědci stojí otázka, zda je možné elektroniku napájet pomocí integrovaných palivových mikročlánků, které budou syceny glukózou z mozkomíšního moku. Inženýři z MIT nyní testují, zda bude možné palivové články zabudovat přímo do struktury křemíkového mikročipu. 

Buňky v principu žijí z energie elektronů, které jsou v glukóze obsaženy. Využívají ji ke tvorbě speciální chemické sloučeniny (ATP, adenosin trifosfát), která transportuje energii přímo na místa určení. Tato sloučenina vzniká v buněčných mitochondriích. V případě malých neurálních implantátů budou v roli mitochondrií palivové mikročlánky, které využijí energii elektronů na výrobu slabého elektrického proudu. Elektrický výkon se v tomto případě pohybuje v oblasti stovek mikrowattů. 

Mikročip s nanosoučástkami 

Součástí navrhovaného mikročlánku je např. platinová nanoanoda, která oxiduje molekuly glukózy, a nanokatoda vyrobená z jednostěnných uhlíkových nanotrubiček. Na ní se zase kyslík chemicky redukuje na vodu. Aby prostřednictvím těchto dvou komponent nedošlo ke zkratování obvodu, jsou od sebe katoda a anoda odděleny – anoda je odstíněna, zatímco katoda je vystavena prostředí těla. 

Tento výzkum je zatím ve stadiu modelů a prototypů, ale výzkumníci předpokládají, že tato koncepce je realistická. Jedním z argumentů je fakt, že se nepředpokládá imunitní reakce při kontaktu mikroelektronického zařízení s mozkomíšním mokem. Ten totiž neobsahuje buňky imunitního systému. 

Zdroje: Popular Science, PhysOrg, MIT, PLOS One