A pacemaker powered by an implantable biofuel cell operating under conditions mimicking the human blood circulatory system – battery not included

文献情報

出版日 2013-03-07
DOI 10.1039/C3CP50929J
インパクトファクター 3.676
著者

Mark Southcott, Kevin MacVittie, Jan Halámek, William D. Jemison, Robert Lobel, Evgeny Katz


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要旨

Biocatalytic electrodes made of buckypaper were modified with PQQ-dependent glucose dehydrogenase on the anode and with laccase on the cathode and were assembled in a flow biofuel cell filled with serum solution mimicking the human blood circulatory system. The biofuel cell generated an open circuitry voltage, Voc, of ca. 470 mV and a short circuitry current, Isc, of ca. 5 mA (a current density of 0.83 mA cm−2). The power generated by the implantable biofuel cell was used to activate a pacemaker connected to the cell via a charge pump and a DC–DC converter interface circuit to adjust the voltage produced by the biofuel cell to the value required by the pacemaker. The voltage–current dependencies were analyzed for the biofuel cell connected to an Ohmic load and to the electronic loads composed of the interface circuit, or the power converter, and the pacemaker to study their operation. The correct pacemaker operation was confirmed using a medical device – an implantable loop recorder. Sustainable operation of the pacemaker was achieved with the system closely mimicking human physiological conditions using a single biofuel cell. This first demonstration of the pacemaker activated by the physiologically produced electrical energy shows promise for future electronic implantable medical devices powered by electricity harvested from the human body.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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