Из крови человека добудут электричество
Ученые НИЦ «Курчатовский институт» разрабатывают метод получения электричества из глюкозы, содержащейся в крови человека. Предполагается, что это позволит пользователям кардиостимуляторов обойтись без замены батареек, а значит, избежать дополнительных хирургических вмешательств. Специалистам удалось получить электрический ток мощностью 15–40 микроватт. Этого вполне достаточно для работы современного кардиостимулятора. Результаты исследования опубликованы в ряде международных научных изданий.
Как сообщил «Известиям» замруководителя отдела биотехнологий и биоэнергетики комплекса НБИКС-технологий НИЦ «Курчатовский институт» Павел Готовцев, ученые научились получать электрический ток из глюкозы, которая содержится в крови и других физиологических жидкостях.
— Электроэнергия генерируется за счет прямого химического преобразования. В кровоток внедряется биотопливный элемент. Это система с двумя электродами, на одном из них или на обоих расположены биокатализаторы. При этом на аноде происходит разложение органических соединений (в данном случае глюкозы), в результате чего образуются свободные электроны. Они по цепи движутся к катоду. А положительно заряженные атомы водорода через расположенную между электродами специальную мембрану (она проницаема практически только для них) направляются к катоду, где и получают утерянные электроны. Затем они вступают в реакцию с кислородом, образуя обычную воду, — пояснил Павел Готовцев.
Для отработки новой технологии ученые создали в лабораторных условиях модели фрагментов кровеносной системы. В них был внедрен небольшой (размером около 5 см) биотопливный элемент. При этом удалось получить электрический ток мощностью от 15 до 40 микроватт.
— Этого достаточно для работы современного кардиостимулятора, причем человек никакого дискомфорта ощущать не будет, — подчеркнул Павел Готовцев.
Вживляемые биотопливные элементы создаются из биосовместимых материалов, чтобы минимизировать риски возможного отторжения. Предполагается, что пациенту будут делать одну операцию, после чего кардиостимулятор будет эксплуатироваться пожизненно, оставаясь в организме. Создание описанных источников тока позволит специалистам в будущем разрабатывать и другие имплантируемые устройства, требующие постоянного энергоснабжения.
Сейчас ученые планируют тестировать новую технологию на животных. В случае успешного прохождения доклинических испытаний на ее внедрение в клиническую практику потребуется порядка 10 лет.
Директор Института персонализированной медицины и профессор кафедры профилактической и неотложной кардиологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Филипп Копылов назвал исследование ученых Курчатовского института очень перспективным.
— Это сверхинтересная тематика. Создание такой технологии — голубая мечта всех кардиохирургов. Это позволит избежать лишних хирургических вмешательств. Однако до сих пор все ученые сталкивались с одной проблемой: получается достаточно слабый ток. Нужно либо повышать его мощность, либо снижать потребление электроэнергии кардиостимулятором. В этих двух направлениях сейчас и идут исследования во всем мире, — сообщил Филипп Копылов.
Заведующий лабораторией оценки и коррекции сердечно-сосудистого риска Национального медицинского исследовательского центра профилактической медицины Минздрава РФ Мехман Мамедов считает, что новая методика сопряжена с некоторыми рисками.
— Обязательно должна быть и собственная батарейка, потому что уровень глюкозы у человека постоянно меняется. Если он достаточен, то прибор может работать автономно, если нет — нужна запасная батарейка, — считает Мехман Мамедов.
НБИКС-центр Курчатовского института ориентирован на междисциплинарные исследования и разработки в области нано-, био-, информационных, когнитивных, социогуманитарных наук и технологий.
