Ať už jde o živý organismus nebo na první pohled neživý stroj, pro jejich funkci je potřeba energie – základní složka, která zároveň tvoří veškerou hmotu ve vesmíru. Zatímco organismy pracují s energií na bázi chemických procesů, stroje využívají přímo například elektrickou energii.
S příchodem umělých orgánů a implantátů vzniká potřeba jejich napájení. To však není v základu kompatibilní s tím, které používá například lidské tělo. Lze to samozřejmě řešit pomocí interních či externích baterií, ale to skrývá mnohé problémy. Takové baterie mají totiž omezenou životnost a musí se v pravidelných intervalech vyměňovat. Příkladem je například kardiostimulátor, u kterého je nutné minimálně jednou za pět let vyměnit baterie, což znamená zbytečný zásah do těla a případné komplikace při operaci.
Vědci už ale mají řešení, které sice není nové (základy sahají do roku 1970), ale s příchodem nanotechnologií lze vyrábět energii pomocí biopalivových článků mnohem efektivněji.
Glukóza a kyslík
O využití energie z našeho těla se pokoušíme již dlouhou dobu. K dispozici jsou různé technologie pracující na bázi termoelektrického jevu, pohybu těla a látek, vibrací a podobně. Největší naděje se ale vkládají do biopalivových článků pracujících pouze se dvěma typy elektrod.
Jedna elektroda je určena pro získávání elektronů z glukózy, druhá pak pro spojení elektronů do molekul kyslíku. Pokud jsou elektrody v roztoku s glukózou a kyslíkem a připojeny na obvod, generují malé množství elektrické energie.
Efektivita získávání energie tímto způsobem je ještě vyšší při použití specifických enzymů, které tuto chemickou reakci urychlují. V tomto případě vědci používají enzym glucose oxidase, který dokáže velmi rychle získat elektrony z glukózy.
Jak dodává profesor Itamar Willner z Hebrejské univerzity v Jeruzalémě, vývoj v oblasti enzymů zaznamenal za posledních deset let několik přelomových milníků. Tento trend bude samozřejmě pokračovat, takže za přibližně dalších deset let se lze těšit na další novinky a revoluční pokroky.
Uhlíkové nanotrubičky
S rozvojem nanotechnologií a relativně pokročilým poznatkům v oblasti uhlíkových nanotrubic se vědci rozhodli využít tento skvělý materiál. Má třeba vysokou vodivost, dokonce mnohem lepší než běžně používané materiály jako měď.
Několik vědeckých skupin po celém světě vytvořilo funkční biopalivové články, které jsou schopné dodávat elektrickou energii. Díky novým technologiím bylo možné vyrábět stále menší modely a tak bylo jen otázkou času, kdy se objeví první případ použití v běžném organismu.
Zatím pouze myš
Podařilo se vyrobit miniaturní biopalivové články v malém balení o velikosti několika milimetrů. Je složeno ze zmíněných enzymů a elektrod (glucose oxidase, polyphenol oxidase), uhlíkových nanotrubic a platinových drátů. Vše je umístěno v materiálu, který zajišťuje, aby žádná z těchto částí a látek neunikla do těla organismu.
Vyřešit se podařilo i obranu imunitního systému, elektrody tak mohou nerušeně zpracovávat látky z těla, aniž by na ně útočil imunitní systém. Palivové články byly následně implantovány do těla myši. Po dobu čtyřiceti dní bez problémů produkovaly stálou elektrickou energii. V rámci testu také nebyly zaznamenány žádné vedlejší účinky.
Vzhledem k tomu, že se jedná o velmi malé „zařízení“, generuje velmi málo energie, spíše v řádu mikrowattů. To sice možná stačí například pro kardiostimulátory, pro komplexní umělé orgány je však potřeba mnohem více energie, minimálně z oblasti miliwattů.
Podle předpokladů se během příštích let tento vývoj posune zase o další milníky, největší pokroky se očekávají především v oblasti efektivity výroby elektrické energie. V rámci testování přijdou na řadu i testy na větších organismech. A někdy v budoucnu se tak nejspíše dočkáme i prvních implantátů do lidského těla.
Nelze asi uvažovat, že si takto z vašeho těla budete vyrábět elektrickou energii pro svůj úsporný a chytrý mobilní telefon. Pro interní použití je to ale ideální a zatím jediná skutečně použitelná technologie.
Ve vývoji je již několik umělých orgánů, které by měly dokázat nahradit původní orgány a části lidského těla. Jedná se například o ledviny, svěrače, močové měchýře, ale i oči nebo celé prsty a ruce. Nedávno již proběhlo nahrazení celého srdce speciální pumpou. Ta však spoléhá na zdroj elektrické energie z externích baterií, jež se nachází mimo tělo.
S technologií, která vyrábí energii „z lidských zdrojů“, by to však bylo mnohem jednodušší. Takový umělý orgán by teoreticky mohl fungovat nepřetržitě po celou dobu života, bez nutnosti jakýchkoli dalších operací a zásahů do těla. A kdyby náhodou začala energie docházet, bude stačit si vzít nějakou sladkou sušenku.
