Een nieuw apparaat dat energie kan leveren aan sommige medische implantaten, is ontwikkeld door wetenschappers uit de Verenigde Staten. Een chip op basis van silicium-platina die in het hoofd van een persoon past, genereert elektriciteit uit glucose.
Het is bekend dat alles wat nieuw is, al lang vergeten is: het idee om glucose te gebruiken als een bron van elektrische energie is niet nieuw. In de jaren zeventig hebben experts bewezen dat je pacemakers met glucose kunt 'voeden'. Deze ontwikkeling werd echter verlaten ten gunste van krachtigere lithium-ionbatterijen.
Ondertussen is glucose een energiebron voor levende wezens. In het menselijk lichaam leidt de afbraak van koolhydraten tot de vorming ervan.
De omzetting van glucose in energie voor cellen vindt plaats tijdens glycolyse. In dit geval vindt de splitsing van glucose plaats en de vorming van het nucleotide adenosinetrifosfaat (of ATP), een universele energiebron voor alle biochemische processen die plaatsvinden in levende systemen.
Om deze bijna onbeperkte energie van het menselijk lichaam te gebruiken voor implantaten, hebben wetenschappers uit de Verenigde Staten een op silicium gebaseerde elektronische halfgeleiderchip gemaakt.
Er werden geen organische componenten gebruikt: de chip bestaat uit een platinakatalysator die elektronen verwijdert uit de atomen waaruit het glucosemolecuul bestaat, waardoor de activiteit wordt nagebootst van cellulaire enzymen die glucose afbreken om ATP te produceren.
De chip kan tot 180 microwatt leveren. Dit is volgens de ontwikkelaars voldoende om implantaten met ultralage energie van stroom te voorzien.
“Het plaatsen van implantaten bij mensen met ruggenmergletsel wordt binnenkort gemeengoed. In dergelijke gevallen hebben we een apparaat nodig dat we hebben uitgevonden om energie op te wekken, zegt een van de auteurs van de studie, Benjamin Rapoport, die werkt als onderdeel van het gezamenlijke Harvard-Massachusetts Institute of Technology Health Sciences and Technology Program. Met de chip kunnen patiënten hun armen en benen weer bewegen.
Promotie video:
De vermoedelijke plaats van chipimplantatie is de zogenaamde subarachnoïdale ruimte. Dit is de holte tussen de hersenvliezen gevuld met cerebrospinale vloeistof (CSF).
CSF biedt een geschikte omgeving voor implanteerbare brandstofcellen. Ten eerste wordt een minimale immuunrespons van het lichaam verwacht. Ten tweede bevat het honderden keren minder proteïne dan bijvoorbeeld in het bloed, waardoor het minder waarschijnlijk is dat de chip overwoekerd raakt met weefsel. Ten derde is er een voldoende glucosegehalte in het hersenvocht.
De veiligheid van het implantaat is geverifieerd door wetenschappers in glucoseconsumptieberekeningen en zuurstofbalansanalyse. Het geschatte aandeel glucose dat werd gebruikt, was dus 2,8 tot 28% van de periodiek vernieuwde hoeveelheid, wat geen bijwerkingen zou moeten veroorzaken.
Volgens de onderzoekers is de chip nog niet getest op dieren en mensen, maar ligt dit ontwikkelingsstadium in de onmiddellijke plannen van wetenschappers.
Een artikel in het tijdschrift PLoS ONE vertelt meer over de chip.
