В 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. Работа опубликована в международном журнале Electroanalysis.
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. Учёные решали вопрос: как повысить эффективность катодного процесса (то есть увеличить катодный ток в имплантируемых биотопливных элементах) в условиях ограниченной концентрации кислорода?
«Мы создали новый вид катода, совмещающий наночастицы платины и органический катализатор. Такой "гибрид" повышает эффективность катодной реакции в 3 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», — рассказала Юлия Парунова, старший научный сотрудник отделения биоэнергетики Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий.
Учёные детально изучили структуру и свойства созданных электродов с помощью электрохимических и рентгеновских методик. По словам исследователей, предложенная ими комбинация обеспечивает максимальный катодный ток за счёт 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.
Источник: НИЦ «Курчатовский институт».