自从1968年首次研究葡萄糖燃料电池的潜力以来，它能够有效地利用人体的化学能量并将其转化为电荷，一直是科学家的长期圣杯。但是这些生物技术电池几乎同样长时间以来一直受到一系列生物相容性问题的挑战。现在，苏黎世联邦理工学院的一个研究小组已经开发出一种新型燃料电池植入物，用于管理1型糖尿病。

更重要的是，它与同一团队在2016年设计的人工β细胞相连接，在被触发时可以成功地产生和释放胰岛素。

苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的Martin Fussenegger说："这个新系统能自主调节胰岛素和葡萄糖水平，将来可用于治疗糖尿病。"

在1型糖尿病中，身体不能产生足够的胰岛素，因此必须有外部供应的干预。目前的胰岛素泵和监测器也依赖于外部电源，如一次性使用的电池。

燃料电池本身类似于一个比指甲盖稍大的茶袋，由无纺布覆盖并涂有海藻酸盐，这是一种藻类衍生产品，因其具有高度的生物相容性而被广泛用于生物医学。当植入皮肤下时，该细胞的海藻酸盐吸收了体液，使葡萄糖渗透到表面并流入动力中心。

在细胞内部，该团队开发了一个铜基纳米粒子阳极，将葡萄糖分成葡萄糖酸和质子，以产生电流。

"许多人，尤其是西方工业化国家的人在日常生活中消耗的碳水化合物比他们需要的要多，"Fussenegger说。"这给了我们一个想法，即利用这种多余的代谢能量来产生电力，为生物医学设备提供动力。"

燃料电池与以该团队的β细胞为特征的胰岛素胶囊结合在一起，可以通过来自植入物的电流触发其分泌胰岛素。

能量-胰岛素自我调节电路 Maity D, et al, Adv. Mater. 2023/ETH Zurich

总的来说，这两个组件提供了一个自我调节的电路。当由葡萄糖驱动的燃料电池感应到过量的血糖时，它就会开机。然后，这将刺激β细胞产生和分泌胰岛素。当血糖水平下降时，它触发了燃料电池中的阈值传感器，所以它就会断电，反过来停止胰岛素的生产和释放。

这种自我维持的电路也可以产生足够的电力，与智能手机等设备进行通信，从而进行监测和调整，甚至有可能进行远程医疗干预。

虽然这项生物技术在小鼠模型中被成功测试，但研究人员希望能找到资源将其从原型开发到市场阶段。

该研究发表在《先进材料》杂志上。