Blood‐Glucose‐Powered Metabolic Fuel Cell for Self‐Sufficient Bioelectronics

材料科学 生物电子学 微生物燃料电池 生物医学工程 纳米技术 燃料电池 发电 功率(物理) 工程类 生物传感器 化学工程 物理 量子力学
作者
Debasis Maity,Preetam Guha Ray,P. Buchmann,Maysam Mansouri,Martin Fussenegger
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (21) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adma.202300890
摘要

Abstract Currently available bioelectronic devices consume too much power to be continuously operated on rechargeable batteries, and are often powered wirelessly, with attendant issues regarding reliability, convenience, and mobility. Thus, the availability of a robust, self‐sufficient, implantable electrical power generator that works under physiological conditions would be transformative for many applications, from driving bioelectronic implants and prostheses to programing cellular behavior and patients’ metabolism. Here, capitalizing on a new copper‐containing, conductively tuned 3D carbon nanotube composite, an implantable blood‐glucose‐powered metabolic fuel cell is designed that continuously monitors blood‐glucose levels, converts excess glucose into electrical power during hyperglycemia, and produces sufficient energy (0.7 mW cm −2 , 0.9 V, 50 m m glucose) to drive opto‐ and electro‐genetic regulation of vesicular insulin release from engineered beta cells. It is shown that this integration of blood‐glucose monitoring with elimination of excessive blood glucose by combined electro‐metabolic conversion and insulin‐release‐mediated cellular consumption enables the metabolic fuel cell to restore blood‐glucose homeostasis in an automatic, self‐sufficient, and closed‐loop manner in an experimental model of type‐1 diabetes.
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