В течение многих веков люди использовали энергию мозгов решить сложные тайны, создать радикальные новые изобретения и разработать поразительные произведения искусства. Но теперь, ученые разработали технологию, позволяющую нам шевелить мозгами для фактического сбора урожая электроэнергии.Исследователи в Массачусетском технологическом институте проектировали вживляемый топливный элемент глюкозы, который может генерировать электричество от цереброспинальной жидкости вокруг мозга. Результаты этих усилий, изданных на этой неделе в PLoS ОДИН, показывают, что несколько сотен микроватт энергии могли быть получены от глюкозы в цереброспинальной жидкости без неблагоприятных физиологических результатов.
Несколько сотен микроватт являются, конечно, недостаточным количеством энергии привести в действие, скажем, пару стекол Google, или, для болельщиков Матрицы, всей дополнительной действительности. Но достаточно питать футуристические, очень эффективные мозговые внедрения, которые могли позволить парализованным пациентам возвращать способность переместить их руки и ноги.
«Мы предполагаем [топливные элементы] двигающиеся на большой скорости интерфейсы мозговой машины для паралича в среднесрочной перспективе, или в дальнейшей перспективе, те для слепоты или глубоких заболеваний мозга», заявляют руководитель группы и программист Рахул Сарпешкэр.В настоящее время самые экспериментальные устройства интерфейса мозговой машины приведены в действие через индуктивное перемещение энергии, в котором энергия передана с помощью беспроводных технологий, или батареи единственного использования, которые должны быть хирургическим путем заменены после нескольких лет. Новый, топливный элемент масштаба микрометра прежде всего составлен из платины, материала с хорошими достижениями того, чтобы быть безопасным в органе.
Sarpeshkar устанавливает это, новый топливный элемент мог работать в течение многих десятилетий без того, чтобы быть замененным, хотя он подчеркивает, что животное и человеческие испытания будут необходимы для доказательства его утверждения.Миниатюрный топливный элемент, сформированный очень похоже к компьютерной микросхеме, был проверен в соляном растворе, моделирующем цереброспинальную жидкость в размерах 1 квадратного миллиметра и 2 квадратных миллиметров. Это функционирует путем окисления глюкозы от цереброспинальной жидкости мозга в поверхности активизированного платинового анода и преобразования кислорода для полива в поверхности сети одностенных углеродных нанотрубок, включенных в конце катода клетки.
Электроны раздеты от глюкозы, и топливный элемент использует их для генерации электричества.К лучшему знанию исследователей это было первым разом, когда цереброспинальная жидкость использовалась в качестве среды для вживляемого топливного элемента. Они рассмотрели его как многообещающую окружающую среду ниши, потому что это является объектом минимального наблюдения иммунной системы, жидкость практически лишена клеток, и уровни глюкозы сопоставимы с той из крови.
Топливный элемент также использовал кислородный градиент, чтобы препятствовать тому, чтобы кислород достиг анода и таким образом возможно создал электрохимические короткие замыкания.Для измерения безопасности топливного элемента исследователи сначала оценили, окажут ли на мозговые уровни глюкозы негативное влияние. Используя данные от их более раннего испытания и доступного знания о темпе пополнения глюкозы в цереброспинальной жидкости, они решили, что их топливный элемент будет потреблять глюкозу только в 2,8% к 28% уровня, при котором глюкоза цереброспинальной жидкости пополнена, не почти достаточно для порождения неблагоприятных воздействий. Исследователь s также проанализировал потребление кислорода топливного элемента, чтобы гарантировать, что оно не дестабилизирует мозговые кислородные уровни.
Вычисления показали, что это не разрушит кислородное равновесие в цереброспинальной жидкости.Адам Хеллер, инженер-химик в университете Техаса, Остина, говорит, что устройство выглядит многообещающим, но что это все еще должно быть проверено в модели животных.
Бригада Сарпешкэра в настоящее время планирует животное и человеческое испытание в ближайшие годы и уже имеет несколько регионов кандидата мозгового и спинного мозга, предназначенного для возможного внедрения.