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A glucose biofuel cell implanted in rats

Authors :
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
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)
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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)
Source :
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⟩
Publication Year :
2010
Publisher :
HAL CCSD, 2010.

Abstract

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.

Details

Language :
English
ISSN :
19326203
Database :
OpenAIRE
Journal :
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⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....58a9b70d4ec90dfbc1e822cc72d783b8