用血糖产生能量
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。如今，这主要是通过直接连接到身体的胰岛素泵来完成的。这些设备以及心脏起搏器等其他医疗应用需要可靠的能源供应，目前主要通过一次性电池或可充电电池供电来满足。
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。他们开发了一种植入式燃料电池，它使用组织中过量的血糖(葡萄糖)来产生电能。研究人员将燃料电池与他们小组几年前开发的人造 β 细胞结合起来。只需按一下按钮，它们就会产生胰岛素，并有效地降低血糖水平，就像它们在胰腺中的天然作用模型一样。
“许多人，尤其是西方工业化国家的人，摄入的碳水化合物超过了日常生活所需，”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
燃料电池的核心是一个由铜基纳米粒子制成的阳极(电极)，这是 Fussenegger 的团队专门为此应用创建的。它由铜基纳米粒子组成，可将葡萄糖分解成葡萄糖酸和质子来发电，从而启动电路。
燃料电池包裹在无纺布中并涂有藻酸盐(一种批准用于医疗用途的藻类产品)，类似于一个可以植入皮下的小茶包。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。
自带电源的糖尿病网络
第二步，研究人员将燃料电池与含有人造 β 细胞的胶囊结合起来。可以使用电流或蓝色 LED 光刺激它们产生和分泌胰岛素。Fussenegger 和他的同事已经在一段时间前测试了此类设计器单元(参见ETH 新闻，2016 年 12 月 8 日)。
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过量的葡萄糖，它就会开始发电。然后使用这种电能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，电力和胰岛素的产生就会停止。
燃料电池提供的电能不仅足以刺激设计者的细胞，还能让植入的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。“新系统可自主调节胰岛素和血糖水平，未来可用于治疗糖尿病，”Fussenegger 说。
通往市场成熟的漫长而不确定的道路
现有系统只是一个原型。尽管研究人员已经成功地在老鼠身上进行了测试，但他们无法将其开发成可销售的产品。“将这样的设备推向市场远远超出了我们的财力和人力资源，”Fussenegger 说。这将需要拥有适当资源和专业知识的行业合作伙伴。
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