自從1968年首次研究葡萄糖燃料電池的潛力以來，它能夠有效地利用人體的化學能量並將其轉化為電荷，一直是科學家的長期聖杯。但是這些生物技術電池幾乎同樣長時間以來一直受到一系列生物相容性問題的挑戰。現在，蘇黎世聯邦理工學院的一個研究小組已經開發出一種新型燃料電池植入物，用於管理1型糖尿病。

更重要的是，它與同一團隊在2016年設計的人工β細胞相連接，在被觸發時可以成功地產生和釋放胰島素。

蘇黎世聯邦理工學院生物系統科學與工程系的Martin Fussenegger說：”這個新系統能自主調節胰島素和葡萄糖水平，將來可用於治療糖尿病。”

在1型糖尿病中，身體不能產生足夠的胰島素，因此必須有外部供應的干預。目前的胰島素泵和監測器也依賴於外部電源，如一次性使用的電池。

燃料電池本身類似於一個比指甲蓋稍大的茶袋，由無紡布覆蓋並塗有海藻酸鹽，這是一種藻類衍生產品，因其具有高度的生物相容性而被廣泛用於生物醫學。當植入皮膚下時，該細胞的海藻酸鹽吸收了體液，使葡萄糖滲透到表面並流入動力中心。

在細胞內部，該團隊開發了一個銅基納米粒子陽極，將葡萄糖分成葡萄糖酸和質子，以產生電流。

“許多人，尤其是西方工業化國家的人在日常生活中消耗的碳水化合物比他們需要的要多，”Fussenegger說。”這給了我們一個想法，即利用這種多餘的代謝能量來產生電力，為生物醫學設備提供動力。”

燃料電池與以該團隊的β細胞為特徵的胰島素膠囊結合在一起，可以通過來自植入物的電流觸發其分泌胰島素。

能量-胰島素自我調節電路Maity D, et al, Adv. Mater. 2023/ETH Zurich

總的來說，這兩個組件提供了一個自我調節的電路。當由葡萄糖驅動的燃料電池感應到過量的血糖時，它就會開機。然後，這將刺激β細胞產生和分泌胰島素。當血糖水平下降時，它觸發了燃料電池中的閾值傳感器，所以它就會斷電，反過來停止胰島素的生產和釋放。

這種自我維持的電路也可以產生足夠的電力，與智能手機等設備進行通信，從而進行監測和調整，甚至有可能進行遠程醫療干預。

雖然這項生物技術在小鼠模型中被成功測試，但研究人員希望能找到資源將其從原型開發到市場階段。

該研究發表在《先進材料》雜誌上。