Lidské tělo jako levný a efektivní zdroj napájení

Karel Javůrek  |  Věda

Pokrok v oblasti biopalivových článků se dostal na novou úroveň. Vědci už dokážou získávat energii z vnitřního koloběhu chemických látek v organismu.

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.

Taky jste si teď vzpomněli na Matrix?

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.

Základní diagram biopalivového článku při použití glukózy a kyslíku (Zdroj: Originalwana, Wikipedia)
Základní diagram biopalivového článku při použití glukózy a kyslíku (Zdroj: Originalwana, Wikipedia)

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.

Více energie z lidského těla

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.

Umělé orgány i případné implantáty budou mít efektivní zdroj energie (Zdroj: Originalwana, Wikipedia)
Umělé orgány i případné implantáty budou mít efektivní zdroj energie (Zdroj: Originalwana, Wikipedia)

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.

Nejčtenější