Sel Glukosa Suplai Bahan Bakar Hardware Implan

Tinuku
(KeSimpulan) Sebuah pendekatan baru sel bahan bakar kecil yang ditanamkan pada tikus memungkinkan hardware mendapatkan listrik selama berbulan-bulan menggunakan gula di dalam tubuh. Munculnya jantung buatan telah mendorong para ilmuwan untuk mengejar ginjal dan pankreas sintetis. Namun, satu kendala utama untuk mewujudkan perangkat tersebut adalah powering setelah ditanamkan.

Daripada harus terus-menerus mengisi dengan mengaitkan perangkat ke beberapa sistem eksternal atau lebih buruk lagi secara berkala mengambilnya dan mengganti baterai, para peneliti lebih suka bahwa mesin ini entah bagaimana dapat mendapat suplai energi dari host sendiri.

Sekarang ada harapan bahwa implan di masa depan mungkin tidak didukung oleh baterai tetapi oleh bahan bakar dalam tubuh sendiri untuk menciptakan energi. Para ilmuwan menunjukkan sel bahan bakar yang ditanamkan pada tikus dapat menghasilkan listrik dari gula dalam tubuh binatang pengerat tersebut. Perangkat terus bekerja selama berbulan-bulan pada satu waktu. Demikian laporan para peneliti pada 4 Mei di jurnal PLoS ONE

Sel-sel bahan bakar yang paling ampuh sugar-powered fuel cells (sel glukosa biofuel) yaitu enzim yang diandalkan listrik dari reaksi kimia (kombinasi glukosa dengan oksigen) yang tersedia pada tubuh manusia (dan tikus). Senyawa dijuluki "redox mediators" kemudian bertindak seperti kabel (mengangkut muatan listrik dari enzim untuk elektroda) yang mengarahkan sel bahan bakar untuk tenaga listrik.

Sayangnya, enzim yang digunakan dalam sel bahan bakar nabati glukosa di masa lalu tidak cocok untuk implan karena memerlukan kondisi yang sangat asam untuk bekerja atau yang dihambat oleh berbagai ion yang ditemukan di dalam tubuh. Perangkat ini baru dikembangkan setelah berkurangnya kendala dan sel glukosa pertama yang difungsikan dalam implan biofuel. Prototip pada tikus secara stabil menghasilkan listrik untuk setidaknya tiga bulan.

"Ini menjadi mungkin untuk membayangkan pengembangan robot implan yang mampu mengkompensasi kegagalan fungsi pada manusia," kata Philippe Cinquin, insinyur biomedis dari Université Joseph Fourier di Grenoble, Perancis.

Dari Sel glukosa biofuel kemudian enzim dan redox mediators di dekatkan pada elektroda oleh ikatan kimia. Namun, tidak semua enzim dan redox mediators melakukan dengan baik untuk ikatan tersebut. Sebaliknya, Cinquin dan Serge Cosnier, elektrokimiawan, dan rekan-rekan mereka, melepaskan ikatan hanya secara fisik dalam packing enzim dan redox mediators pada elektroda kemudian dibungkus sejenis membran yang digunakan sebagai kantong untuk menganalisis di sekitarnya.

Membran semipermeabel ini memungkinkan bahan bakar mengalir, sementara menjaga enzim dan redox mediators dari kebocoran. Regulasi ini memberikan para ilmuwan kesempatan untuk meneliti enzim yang lebih kompatibel, satu masalah yang telah diabaikan sebelumnya.

Prototipe yang paling efisien mengandalkan serat composite graphite discs dengan enzim glucose oxidase dan polyphenol oxidase. Ini dua elektroda yang secara keseluruhan hanya 0,266 mililiter dengan 5 mililiter bahan bakar, total menghasilkan tingkat daya puncak sebesar 6,5 microwatts (microwatts = 1/1.000.000 watt). Arus sel bahan bakar dimasukkan ke dalam kabel yang keluar dari tubuh ke dalam hardware yang dikontrol dan terukur sehingga tidak menimbulkan shock.

Pada sekitar 1 mililiter elektroda pada prinsipnya dapat menghasilkan tingkat daya puncak sebesar 24,4 microwatts, lebih dari 10 microwatts yang biasanya dibutuhkan oleh alat pacu jantung. Alat pacu jantung biasanya antara 10 mililiter hingga 25 mililiter.

Mengingat keberhasilan sejauh ini pada tikus dan fakta bahwa prototipe dibungkus dengan plastik yang secara klinis telah disetujui digunakan dalam implan, Cinquin melihat tidak ada alasan mengapa tidak diterapkan pada manusia dan dia berharap akan digunakan dalam 5 sampai 10 tahun ke depan. Sebuah anak perusahaan universitas, Floralis, akan mencari mitra industri untuk proyek ini.

Cinquin menjelaskan bahwa aplikasi pertama dari sel-sel bahan bakar akan diterapkan untuk urinary sphincters buatan yang akan membutuhkan sampai 200 microwatts. Saat ini 10.000 pasien setiap tahun menderita incontinence setelah prostat diangkat dan untuk saat ini pompa rumit dimasukkan ke scrotums di mana pasien harus menekan untuk buang air kecil.

Target yang lebih ambisius adalah ginjal buatan yang membutuhkan 20 milliwatts (milliwatts = 1/1000 watt) untuk melakukan pemeliharaan fungsi yang sama seperti dilakukan ginjal. Sebuah jantung buatan bahkan lebih jauh lagi memerlukan setidaknya beberapa watt.

"Perangkat mereka menunjukkan tingkat kinerja baru untuk sel biofuel implan," kata Plamen Atanassov, fisikawan dan insinyur kimia dari University of New Mexico, yang tidak terlibat dalam studi ini. Namun, "menjadi pertanyaan terbuka apakah perangkat mereka dapat lebih kuat untuk cukup merevolusi bidang yang saya pikir membatasinya," kata Atanassov.

Masalahnya terletak pada perangkat ekstraselular seperti fluida yang akan mendapat bahan bakar mereka dalam tingkat oksigen tubuh sekitar 1.000 kali lebih kecil dari glukosa yang tersedia. "Saya tidak berpikir ada cukup pasokan oksigen di sana," kata Atanassov.

Cinquin yakin bisa meningkatkan kinerja perangkat dengan sedikit bermain-main untuk enzim dan mediator redoks. Berdasarkan beberapa hasil studi yang tidak dipublikasikan "kami telah meningkatkan kinerja paling tidak untuk 50 indikator. Daya untuk jantung buatan oleh sel biofuel glukosa tetap menjadi tujuan penelitian jangka panjang," kata Cinquin.
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment