Новости химической науки > Биоэлектрод из хитозана для медицинских имплантантов

Исследователи из Франции использовали вещество, извлекаемое из плодов гардении или панцирей креветок для продления срока службы медицинских имплантантов, приводящихся в действие физиологическими жидкостями.

Литий-ионные аккумуляторы, обычно применяющиеся в качестве источника энергии имплантируемых медицинских приборов, например, кардиостимуляторов, обычно рассчитаны на пятилетний срок службы, после чего пациенту необходимо подвергаться новой операции по замене источника питания.

В качестве альтернативы литий-ионным батареям были предложены биотопливные глюкозные топливные элементы [Glucose Biofuel Fuel Cells (GBFC)]. Эти устройства могут получать энергию в результате процесса ферментативного окисления глюкозы кислородом, причем и топливо, и окислитель такого элемента, позволяющие ему вырабатывать электричество, содержатся в физиологических жидкостях – крови и интерстициальной жидкости.

Поперечный разрез биокатода (изображение получено с помощью сканирующего электронного микроскопа. (Рисунок из Energy Environ. Sci., 2015, DOI: 10.1039/c4ee03430a)

Для традиционных биокатодов в качестве фермента, ускоряющего окислительно-восстановительную реакцию, используется лакказа (laccase), однако высокое содержание хлорид-ионов во внутриклеточной жидкости может понизить активность фермента и сократить время жизни биотопливных глюкозных топливных элементов.

Для решения проблемы устойчивости работы биокатода за счет инкапсуляции лакказы Дональд Мартин (Donald Martin) из Университета Гренобля решил использовать композитный материал, состоящий из хитозана, доступного полимера природного происхождения, который можно выделить из элементов тел ракообразных, грибов, генипина, выделяемого из некоторых растений, и углеродных нанотрубок. Генипин играет роль сшивки, придающей дополнительную прочность хитозану. Полученный материал обеспечивает большую эффективность лакказы и увеличивает стабильность биокатода.

Дополнительным фактором, обуславливающим биосовместимость и срок службы биокатода из нового материала, является противовоспалительные свойства генипина. Как говорит Мартин, работа такого источника энергии внутри тела лабораторной крысы не приводила к возникновению какой-либо иммунной реакции в течение шести месяцев. Это конечно не пять лет, но, если сравнивать полученные Мартином результаты с ранее разработанными лакказными биокатодами, ранее поставленным рекордом была двухнедельная работа лакказного биокатода в организме улитки. Таким образом, очевидно, что новый композит и устройства, в которых он применяется в качестве материала, являются важным прогрессом в разработке биотопливных глюкозных топливных элементов.

Источник: Energy Environ. Sci., 2015, DOI: 10.1039/c4ee03430a

метки статьи: #биохимия, #бытовая химия, #медицинская химия, #нанотехнологии, #новые материалы, #химия полимеров