Sugar-powered biofuel cell sensor detects and prevents disease / Il sensore di cella di biocarburante alimentato a zucchero rileva e previene la malattia.
Researchers have developed an implantable sugar-powered biofuel cell sensor to monitor biological signals and detect diseases.
Subhanshu Gupta, an assistant professor in Washington State University’s School of Electrical Engineering and Computer Science, led a team in the development of the sensor, which runs on a biofuel cell that harvests glucose from bodily fluids.
The research team has demonstrated a unique integration of the biofuel cell with electronics to process physiological and biochemical signals with high sensitivity. Their work has been published in IEEE Transactions of Circuits and Systems.
Professors Su Ha and Alla Kostyukova from the Gene and Linda School of Chemical Engineering and Bioengineering, led the design of the biofuel cell.
Many popular sensors for disease detection are superficial and can’t be embedded, such as watches, which need to be recharged, or patches that are worn on the skin. The sensor developed by the WSU team could also remove the need to prick a finger for testing of certain diseases, such as diabetes.
“The human body carries a lot of fuel in its bodily fluids through blood glucose or lactate around the skin and mouth,” said Gupta. “Using a biofuel cell opens the door to using the body as potential fuel.”
The electronics in the sensor are said to consume only a few microwatts of power while being highly sensitive. Coupling these electronics with the biofuel cell makes it more efficient than traditional battery-powered devices, said Gupta. Since it relies on body glucose, the sensor’s electronics can be powered indefinitely. So, for instance, the sensor could run on sugar produced just under the skin.
Unlike commonly used lithium-ion batteries, the biofuel cell is also completely non-toxic, making it more promising as an implant for people, he said. It is also more stable and sensitive than conventional biofuel cells.
The researchers said their sensor could be manufactured cheaply through mass production, by leveraging economies of scale.
While the sensors have been tested in the lab, the researchers are hoping to test and demonstrate them in blood capillaries, which will require regulatory approval. The researchers are also working on further improving and increasing the power output of their biofuel cell.
“This brings together the technology for making a biofuel cell with our sophisticated electronics,” said Gupta. “It’s a very good marriage that could work for many future applications.”
ITALIANO
I ricercatori hanno sviluppato un sensore di cellule di biocarburanti alimentato a zucchero impiantabile per monitorare i segnali biologici e rilevare le malattie.
Subhanshu Gupta, un assistente professore alla Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica di Washington State University, ha guidato un gruppo nello sviluppo del sensore, che funziona con una cella di biocarburanti che raccoglie il glucosio dai fluidi corporei.
Il gruppo di ricerca ha dimostrato un'integrazione unica della cella dei biocarburanti con l'elettronica per elaborare segnali fisiologici e biochimici con elevata sensibilità. Il loro lavoro è stato pubblicato su IEEE Transactions of Circuits and Systems.
I professori Su Ha e Alla Kostyukova della Gene e Linda School of Chemical Engineering e Bioingegneria, hanno guidato la progettazione della cella dei biocarburanti.
Molti sensori popolari per il rilevamento delle malattie sono superficiali e non possono essere incorporati, come gli orologi, che devono essere ricaricati o i cerotti che vengono indossati sulla pelle. Il sensore sviluppato dal team WSU potrebbe anche eliminare la necessità di pungere un dito per testare determinate malattie, come il diabete.
"Il corpo umano trasporta molto combustibile nei suoi fluidi corporei attraverso la glicemia o il lattato intorno alla pelle e alla bocca", ha detto Gupta. "L'uso di una cella per biocarburanti apre la porta all'utilizzo del corpo come potenziale carburante".
Si dice che l'elettronica nel sensore consuma solo pochi microwatt di potenza pur essendo estremamente sensibile. L'accoppiamento di questi dispositivi elettronici con la cella dei biocarburanti lo rende più efficiente dei tradizionali dispositivi alimentati a batteria, ha affermato Gupta. Poiché si basa sul glucosio corporeo, l'elettronica del sensore può essere alimentata indefinitamente. Quindi, ad esempio, il sensore potrebbe funzionare con lo zucchero prodotto appena sotto la pelle.
A differenza delle batterie agli ioni di litio comunemente usate, la cella dei biocarburanti è anche completamente non tossica, il che rende più promettente come un impianto per le persone, ha detto. È anche più stabile e sensibile rispetto alle tradizionali celle di biocarburanti.
I ricercatori hanno affermato che il loro sensore potrebbe essere fabbricato a basso costo attraverso la produzione di massa, sfruttando le economie di scala.
Mentre i sensori sono stati testati in laboratorio, i ricercatori sperano di testarli e dimostrarli nei capillari sanguigni, che richiederà l'approvazione della normativa. I ricercatori stanno anche lavorando per migliorare ulteriormente e aumentare la potenza della loro cella di biocarburanti.
"Questo riunisce la tecnologia per creare una cella per biocarburanti con la nostra elettronica sofisticata", ha affermato Gupta. "È un ottimo matrimonio che potrebbe funzionare per molte applicazioni future."
Da:
https://www.theengineer.co.uk/biofuel-cell-sensor-glucose/?cmpid=tenews_6282867&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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