Разработан чип, питающийся от человеческого мозга

На кремниевой пластине чипа располагаются глюкозные топливные элементы разных размеров. Самый большой из них имеет сторону 64 миллиметра (фото Sarpeshkar Lab).

Новое устройство, способное обеспечивать энергией некоторые медицинские имплантаты, разработано учёными из США. Чип на основе кремния и платины, который устанавливается человеку в голову, будет генерировать электричество из глюкозы.

Известно, что всё новое — это хорошо забытое старое: идея использовать глюкозу в качестве источника электрической энергии не нова. Ещё в 1970-х годах специалисты доказали, что можно "питать" кардиостимуляторы глюкозой. Однако от этой разработки отказались в пользу более мощных литиево-ионных аккумуляторов.

Между тем глюкоза является источником энергии для живых существ. В организме человека к её образованию приводит распад углеводов.

Преобразование глюкозы в энергию, необходимую для клеток, происходит в процессе гликолиза. При этом имеет место расщепление глюкозы и образование нуклеотида аденозинтрифосфата (или АТФ) — универсального источника энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах.

Чтобы использовать эту практически неограниченную энергию человеческого организма на благо имплантатов, учёные из США создали полупроводниковый электронный чип на основе кремния.

В нём не использовались органические компоненты: чип состоит из платинового катализатора, который удаляет электроны из атомов, составляющих молекулу глюкозы, имитируя таким образом активность клеточных ферментов, которые расщепляют глюкозу для получения АТФ.

Чип может выдавать до 180 микроваттов. Этого, по словам разработчиков, достаточно, чтобы обеспечить энергией имплантаты с ультранизким потреблением энергии.

"Уже скоро обычным явлением станет установка имплантатов людям, имеющим повреждения спинного мозга. В таких случаях потребуется изобретённое нами устройство для генерации энергии, — уверен один из авторов исследования Бенджамин Рапопорт (Benjamin Rapoport), работающий в рамках совместной программы Гарварда и Массачусетского технологического института по развитию медицинских наук и технологий (Health Sciences and Technology Program). Чип позволит больным вновь двигать руками и ногами.

Предположительное место имплантации чипа – так называемое субарахноидальное пространство. Это полость между мозговыми оболочками, заполненная спинномозговой жидкостью (ликвором).

Ликвор обеспечивает подходящие условия для имплантируемых топливных элементов. Во-первых, ожидается минимальный иммунный ответ организма. Во-вторых, здесь содержится в сотни раз меньше белка, чем, к примеру, в крови, следовательно, меньше вероятность, что чип обрастёт тканью. В-третьих, в ликворе достаточный уровень глюкозы.

Безопасность имплантата была проверена учёными в расчётах потребления глюкозы и анализа кислородного баланса. Так, предполагаемая доля используемой глюкозы составила от 2,8 до 28 % от периодически возобновляемого количества, что не должно вызвать побочных эффектов.

По словам исследователей, пока ещё не проводилось тестирование чипа на животных и человеке, однако этот этап разработки входит в ближайшие планы учёных.

Подробнее о чипе рассказывает статья в журнале PLoS ONE.