Krew pacjenta naładuje rozrusznik serca?

Jak poinformował dział prasowy instytutu, zespół pod kierunkiem prof. Marcina Opałło opracował tanią i prostą metodę nakładania kilku warstw mikroskopijnych drobin węgla i enzymów na powierzchnię szklanej płytki, pokrytej cieniutką warstwą metalu. Tak przygotowane elektrody stają się ogniwami paliwowymi, które wychwytują elektrony powstające w wyniku reakcji chemicznej. Naukowcy sprawdzili, że są one w stanie wytwarzać prąd po zanurzeniu w płynie podobnym do osocza krwi.

- Wynik jest zaskakujący, bo zazwyczaj enzym do przenoszenia elektronu potrzebuje dodatkowych rozpuszczonych w roztworze cząsteczek - przenośników elektronu. Tych cząsteczek w naszych eksperymentach po prostu nie ma - mówi Katarzyna Szot, doktorantka z IChF PAN.

Nad tym zagadnieniem pracuje wiele instytutów badawczych, bo dostęp do tego typu zasilaczy miałby wielkie znaczenie dla milionów pacjentów. Obecnie wymiana baterii w rozruszniku serca wymaga kolejnej operacji. Przełomem byłoby stworzenie baterii, która sama by się ładowała. Na świecie od kilku lat trwają prace nad zbudowaniem ogniwa, dla którego paliwem byłaby substancja rozpuszczona we krwi, na przykład glukoza, zaś utleniaczem - także znajdujący się we krwi tlen.

Nanocząstki węgla używane w eksperymentach prowadzonych w IChF PAN mają rozmiary poniżej 10 nanometrów (sto tysięcy razy mniej niż milimetr). Takie mikroskopijne kuleczki nie są jednak tanie i łatwo dostępne. - Początkowo nanocząstki chcieliśmy po prostu kupić, ale okazało się, że tak małymi ilościami jak nam potrzebne po prostu się nie handluje. Mercedes na przykład stosuje te nanocząstki na masową skalę do malowania karoserii. Ostatecznie otrzymaliśmy bezpłatnie kilogram materiału od firmy Cabot Corporation"- śmieje się Opałło.

Jak dodał, sam proces pokrywania podłoża jest prosty i szybki. Płytkę zanurza się na minutę w zawiesinie nanocząstek węgla, następnie wyjmuje, opłukuje, przenosi do drugiej zawiesiny w celu osadzenia kolejnej warstwy, po czym wszystkie czynności powtarza się kilka razy. Grubość gotowych warstw węglowych wynosi nieco ponad 100 nanometrów.

Mikroskopijne rozmiary samych nanocząstek węglowych powodują, że przestrzenie między nimi są małe, co utrudnia dostęp substancji zawartych we krwi do aktywnych powierzchni położonych głębiej w warstwie. W efekcie elektrody nie są jeszcze tak wydajne jak mogłyby być. W przyszłości prawdopodobnie uda się poprawić ich właściwości dzięki zmodyfikowaniu procesu nanoszenia warstw.

Naukowcy z instytutu właśnie rozpoczynają doświadczenia nad nakładaniem warstw nanocząstek węglowych, wykorzystując jako rodzaj formy kuleczek polistyrenowych o średnicach kilkuset nanometrów. Po wytworzeniu każdej warstwy naukowcy zamierzają powlekać ją polimerem w celu mechanicznego wzmocnienia konstrukcji, a następnie wypłukiwać kuleczki. Otrzymana tą metodą wielowarstwowa siatka miałaby znacznie większe pory, ułatwiające dostęp tlenu, co skutkowałoby wzrostem wydajności reakcji.