據國外媒體報道，日前，科學家在最新實驗研究中將微型電池植入老鼠體內，通過老鼠自身體內的糖物質可產生電流，使微型電池持續供電數個月。
“葡萄糖生物燃料電池”依賴于人體酶進行化學反應產生電流，可持續向人造器官供電
人造心臟的出現將很大程度地刺激科學家研制人造腎和胰腺，然而一項關鍵性的技術障礙是如何為人造器官植入體內之后持續供電?？茖W家并不是采用將人造器官與外部系統相連接進行持續性供電，或者將它們從人體內移除進行電池更換，他們計劃利用人體自身組織為人造器官提供持續電流。
目前，科學家希望未來植入人體的人造器官不采用電池，而是利用人體自身作為燃料源產生能量?？茖W家展示植入老鼠體內的燃料電池能夠利用老鼠體內的糖物質成功地產生電流，這些電流可使電池持續使用數個月。
迄今功能最強大的糖動力燃料電池叫做“葡萄糖生物燃料電池”，它依賴于人體酶進行化學反應產生電流，例如：葡萄糖和氧氣結合在一起(這兩種物質都存在于實驗老鼠體內)，這種被稱為“氧化還原調解劑”的混合物質就像是電線，持續向人造器官供電?？茖W家們正在研制類似的多樣化裝置以環保方式產生電流。
但在過去這種葡萄糖燃料電池并不適合于人體移植，這是由于該電池不是要求較高的酸性狀態工作，就是被體內多種離子所抑制。最新研制的電池系統不受以上條件的限制，成為首個有效植入性葡萄糖生物電池，其設計原型在實驗老鼠體內可持續供電至少3個月之久。
法國格勒諾布爾市約瑟夫-傅立葉大學生物醫學工程師菲利普-桑剛(Philippe Cinquin)說：“從某些方面我們可以將人造器官想像成為可植入機器人，它能夠補償實現一些人體功能?！?/p>
之前葡萄糖生物燃料電池通過化學鍵接結合將葡萄糖和氧化還原調解劑組合在一起靠近電極區域，但是并不是所有的酶和氧化還原調解劑能夠結合在一起。對此，桑剛和電子化學家色姬-絲尼亞(Serge Cosnier)在這兩種物質結合之前，先將它們物理裝配在電極區域，然后用滲析袋的薄膜進行包裹。這種半透膜能夠使產生電流的同時保持酶和氧化還原調解劑避免滲漏。這種解決方法使科學家有機會調查分析人體內最具適應能力的酶物質，在此之前研究人員往往對此疏忽。
這種植入電池供電方式依賴于裝載葡萄糖氧化酶和多酚氧化酶的混合石墨盤，它的兩極總共占據5毫升燃料電池中的0.266毫升，最高可產生6.5微瓦電流。關于該燃料電池的具體實現方法發表在《公共科學圖書館綜合》期刊上。
研究人員強調稱，1毫升體積的該電極相當于可產生24.4微瓦電流，這比10微瓦起膊器電流高出許多。同時，新型電池系統在體積上更具優勢，起搏器體積通常為10-25毫升。
基于在老鼠實驗體的成功測試，目前外科手術中已采用了這種設計原型進行人體植入手術，桑剛稱，至今尚未發現這種電池不適合應用于人體的任何原因。他希望未來5-10年能夠推廣使用。
桑剛指出，第一個將燃料電池植入人體可適用于人造泌尿括約肌，該人造器官要求200微瓦電流。當前每年大約有10000萬尿失禁患者飽嘗前列腺移除后的痛苦，他們惟一的解決方法就是將一個沉重的泵植入患者陰囊，使患者小便時產生壓力作用。未來更深入的研究目標可將燃料電池應用于人造腎，該人造器官需要20微瓦電流，人造心臟也是研究目標之一，但該器官需要至少幾瓦電流。
未參與這項研究的新墨西哥州大學化學物理學家和化學工程師普拉曼-阿塔那索維(Plamen Atanassov)說：“這種人體植入裝置使植入式生物燃料電池表現出更高的等級?！钡瑫r強調，目前所存在的問題是是否該裝置能夠帶來最強大的有效性，我認為它在使用過程中仍有局限性。問題在于該裝置產生的細胞外液體所產生的氧氣等級比正常葡萄糖低1000倍，我并不認為它能夠完全供給氧氣。
通過修補酶和氧化還原調解劑，桑剛對于這一裝置表現得非常自信，在一項未公開的研究實驗中，桑剛和研究同事有效地提高酶和氧化還原調解劑性能50%，同時他們強調指出，由葡萄糖生物燃料電池充電的人造心臟仍是未來長期的研究目標。
|
