Биоинженеры и ученые НИЦ «Курчатовский институт» совершенствуют биотопливные элементы, позволяющие получать электричество из содержащейся в крови глюкозы. Новый вид катода, совмещающий наночастицы платины и органический катализатор, повысит эффективность работы биотопливного элемента.

Биотопливные элементы (БТЭ), над которыми работают в Курчатовском институте, необходимы для кардиостимуляторов, нейростимуляторов и инфузионных помп. Вырабатывая электричество из содержащейся в крови глюкозы, они могут заменить собой аккумуляторы в имплантируемых медицинских устройствах. Это позволит пользователям таких устройств избежать лишних хирургических вмешательств для замены батарей.

Биотопливные элементы состоят из двух электродов. На аноде фермент расщепляет глюкозу с образованием протонов и электронов, которые направляются к катоду, где происходит реакция восстановления кислорода.

Однако в физиологических жидкостях, в том числе в крови, концентрация кислорода ограничена, а значит, эффективность преобразования энергии БТЭ невысока. Ученые решали вопрос: как повысить эффективность катодного процесса (то есть увеличить катодный ток в имплантируемых биотопливных элементах) в условиях ограниченной концентрации кислорода?

Юлия Парунова, старший научный сотрудник отделения биоэнергетики Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий рассказала:

«Мы создали новый вид катода, совмещающий наночастицы платины и органический катализатор. Такой «гибрид» повышает эффективность катодной реакции в три раза по сравнению с катодами на основе ферментов. Кроме того, он позволяет избежать нежелательных продуктов, которые могут возникать в ходе реакции восстановления кислорода, – это особенно важно для потенциально имплантируемых топливных элементов».

Ученые детально изучили структуру и свойства созданных электродов с помощью электрохимических и рентгеновских методик. По словам исследователей, предложенная ими комбинация обеспечивает максимальный катодный ток за счет того, что оба элемента – наночастицы платины и катализатор – вносят вклад в реакцию восстановления кислорода.

А высокая каталитическая активность катода, в свою очередь, повышает «производительность» биотопливного элемента.

В настоящее время идет экспериментальная работа по испытанию БТЭ с новыми катодами на лабораторных животных. И в этих опытах разработка уже подтвердила свою эффективность.



По сообщению пресс-службы НИЦ «Курчатовский институт»