Нейростимуляторы усовершенствуют с помощью углеродных нанотрубок

Ученые лаборатории биоэлектроники Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий работают над созданием биоэлектрохимических источников питания (БТЭ) для имплантируемых медицинских устройств. В основе новой разработки — использование углеродных наноматериалов, сообщает пресс-центр НИЦ «Курчатовский институт».

Использование подобных устройств в медицинской практике постоянно расширяется. Эти устройства работают на аккумуляторах, периодически требующих замены. Но в перспективе на смену аккумуляторам могут прийти БТЭ, вырабатывающие электричество из содержащейся в организме человека глюкозы.

По словам ученых, биотопливные элементы состоят из двух микроэлектродов. На аноде фермент расщепляет глюкозу с образованием протонов, электронов и других продуктов реакции, на катоде происходит реакция восстановления кислорода. Задача исследователей — добиться высокой эффективности БТЭ. Для этого используются различные методы увеличения площади поверхности электродов, а также создаются наиболее подходящие для них материалы.

В НИЦ «Курчатовский институт» использовали при разработке электрода биотопливного элемента многостенные углеродные нанотрубки — искусственно созданные из атомов углерода полые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров.

«Основная задача при разработке БТЭ — обеспечить перенос электронов с фермента на электрод. Поэтому электрод должен быть изготовлен из материала с хорошей электропроводностью и иметь большую площадь поверхности. Мы нанесли на поверхность электрода многостенные нанотрубки: они увеличивают площадь контакта между субстратом и ферментом и обладают исключительными механическими и электрическими свойствами. Это повлияло на плотность тока», — рассказала Екатерина Вахницкая, лаборант-исследователь лаборатории биоэлектроники.

Электрохимические характеристики устройства исследователи проверили на лабораторных животных. Электроды имплантировали в голову крыс и провели электрохимические измерения. Полученной мощности от 16,3 до 51,8 мкВт/см2 достаточно для энергоснабжения нейростимулирующих имплантов. Эти результаты демонстрируют возможность разработки БТЭ, вырабатывающих электричество при имплантации в голову млекопитающих.

Следующий этап работы — эксперименты по длительной имплантации биотопливных элементов в лабораторных животных. После этого предстоят их доклинические исследования на лабораторных животных.

С подробностями исследования можно ознакомиться здесь.