A glucose biofuel cell implanted in rats
| Autor: | Fabien Giroud, Aymeric Pellissier, Philippe Cinquin, Simon Mazabrard, Serge Cosnier, Jean-Pierre Alcaraz, Chantal Gondran, Paolo Porcu, Karine Gorgy, François Lenouvel, Stephane Mathe, François Boucher |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Gestes Medico-chirurgicaux Assistés par Ordinateur (TIMC-IMAG-GMCAO), Techniques de l'Ingénierie Médicale et de la Complexité - Informatique, Mathématiques et Applications, Grenoble - UMR 5525 (TIMC-IMAG), VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Département de Chimie Moléculaire - Biosystèmes Electrochimiques et Analytiques (DCM - BEA), Département de Chimie Moléculaire (DCM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Physiologie cardio-Respiratoire Expérimentale Théorique et Appliquée (TIMC-IMAG-PRETA), VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Plastes et Différenciation Cellulaire (PDC), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), ANR (Agence Nationale de la Recherche), EMERGENCE (Rhone-Alpes Region program) and Floralis (UJF's subsidiary), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-IMAG-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-IMAG-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-IMAG-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2010 |
| Předmět: |
Male
MESH: Oxidation-Reduction MESH: Hydrogen-Ion Concentration Time Factors Biochemistry/Membrane Proteins and Energy Transduction Bioelectric Energy Sources Ubiquinone lcsh:Medicine 02 engineering and technology 7. Clean energy 01 natural sciences Chloride Biotechnology/Biocatalysis Implants Experimental Urea Glucose oxidase MESH: Animals MESH: Ubiquinone Enzymatic biofuel cell lcsh:Science chemistry.chemical_classification Chemistry/Physical Inorganic and Analytical Chemistry Multidisciplinary biology Hydrogen-Ion Concentration 021001 nanoscience & nanotechnology Urease MESH: Glucose Biochemistry Biophysics/Membrane Proteins and Energy Transduction Physiology/Integrative Physiology Biotechnology/Bioengineering 0210 nano-technology MESH: Bioelectric Energy Sources Oxidation-Reduction Catechol Oxidase Research Article medicine.drug MESH: Rats MESH: Urease Biochemistry/Biocatalysis MESH: Implants Experimental Chemistry/Applied Chemistry MESH: Catechol Oxidase 010402 general chemistry MESH: Prosthesis Implantation Redox Prosthesis Implantation Glucose Oxidase medicine [SDV.MHEP.PHY]Life Sciences [q-bio]/Human health and pathology/Tissues and Organs [q-bio.TO] Animals Chemistry/Biochemistry Biophysics/Biocatalysis Rats Wistar Catechol oxidase Electrodes MESH: Urea lcsh:R MESH: Time Factors MESH: Electrodes MESH: Rats Wistar MESH: Male Rats 0104 chemical sciences Anode Glucose Enzyme chemistry biology.protein Biophysics MESH: Glucose Oxidase Surgery lcsh:Q |
| Zdroj: | PLoS ONE PLoS ONE, Public Library of Science, 2010, 5 (5), pp.e10476. ⟨10.1371/journal.pone.0010476⟩ PLoS ONE, Vol 5, Iss 5, p e10476 (2010) PLoS ONE, 2010, 5 (5), pp.e10476. ⟨10.1371/journal.pone.0010476⟩ |
| ISSN: | 1932-6203 |
| DOI: | 10.1371/journal.pone.0010476⟩ |
| Popis: | International audience; Powering future generations of implanted medical devices will require cumbersome transcutaneous energy transfer or harvesting energy from the human body. No functional solution that harvests power from the body is currently available, despite attempts to use the Seebeck thermoelectric effect, vibrations or body movements. Glucose fuel cells appear more promising, since they produce electrical energy from glucose and dioxygen, two substrates present in physiological fluids. The most powerful ones, Glucose BioFuel Cells (GBFCs), are based on enzymes electrically wired by redox mediators. However, GBFCs cannot be implanted in animals, mainly because the enzymes they rely on either require low pH or are inhibited by chloride or urate anions, present in the Extra Cellular Fluid (ECF). Here we present the first functional implantable GBFC, working in the retroperitoneal space of freely moving rats. The breakthrough relies on the design of a new family of GBFCs, characterized by an innovative and simple mechanical confinement of various enzymes and redox mediators: enzymes are no longer covalently bound to the surface of the electron collectors, which enables use of a wide variety of enzymes and redox mediators, augments the quantity of active enzymes, and simplifies GBFC construction. Our most efficient GBFC was based on composite graphite discs containing glucose oxidase and ubiquinone at the anode, polyphenol oxidase (PPO) and quinone at the cathode. PPO reduces dioxygen into water, at pH 7 and in the presence of chloride ions and urates at physiological concentrations. This GBFC, with electrodes of 0.133 mL, produced a peak specific power of 24.4 microW mL(-1), which is better than pacemakers' requirements and paves the way for the development of a new generation of implantable artificial organs, covering a wide range of medical applications. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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