Протезы будущего будут работать на спинномозговой жидкости
Именно подобной схемы работы пытаются добиться финансируемые
Пентагоном исследователи из Массачусетского технологического института.
Они уже разработали основную часть «идеального» протеза: мозговой
имплантат, который предназначен для взаимодействия искусственной
конечности с нейронами головного мозга.
Теперь ученые из MIT нашли способ питать имплантат с помощью собственной спинномозговой жидкости реципиента.
Новый имплантат не будет нуждаться в подзарядке или смене батарей, вместо этого он будет использовать энергию организма.
Энергию протез будет брать из глюкозы, растворенной в спинномозговой жидкости. Ученые хотят имплантировать в спинномозговой канал или мозг специальную топливную ячейку, способную вырабатывать электроэнергию из глюкозы. Поскольку спинномозговая жидкость содержит мало иммунных клеток, вероятность отторжения имплантата невысокая. К тому же, спинномозговая жидкость имеет низкое содержание белков, которые в других частях тела приводят к обрастанию имплантата, воспалению и отторжению инородного тела.
Ученые уже разработали миниатюрные топливные элементы, которые способны производить электроэнергию из глюкозы. В принципе мозговые имплантаты требуют совсем немного энергии - всего 100 мкВт. Это означает, что «глюкозного» топлива в спинномозговой жидкости вполне хватит для питания имплантата, управляющего протезом.
Принцип действия топливного элемента довольно прост. Это миниатюрный кремниевый чип с биосовместимой платиновой оболочкой и двумя электродами, разделенными ионной мембранной. Топливный элемент вызывает окисление молекул глюкозы, плавающих в спинномозговой жидкости. Организм сам постоянно окисляет глюкозу, но природный процесс очень сложный и эффективный – он извлекает все 24 электрона глюкозы. Топливный элемент ученых из MIT имеет намного более низкую эффективность и извлекает из одной молекулы глюкозы лишь 2 электрона. Тем не менее, этой энергии достаточно для питания мозгового имплантата.
Новая технология открывает широкие возможности по использованию современных имплантируемых нейроинтерфейсов. Нынешние мозговые имплантаты потребляют слишком много энергии, требуют постоянной подзарядки и зачастую служат каналом проникновения инфекций. Новый имплантат сможет десятилетия работать без обслуживания, открывая реципиенту новые возможности по взаимодействию с окружающей средой.
