新型燃料电池可嵌入医疗植入物 利用葡萄糖发电
葡萄糖是广泛存在于自然界中的一类单糖，其在生物学领域具有重要地位。葡萄糖是生物的主要供能物质，是活细胞的能量来源和新陈代谢的中间产物，植物也可通过光合作用产生葡萄糖。另外，葡萄糖在医疗、食用方面都发挥着积极作用。 对而言，葡萄糖是活细胞的能量来源，那其是否也能为医疗植入物提供动力呢？美国麻省理工学院和德国慕尼黑工业大学的工程师给予了肯定的答复。据悉，该团队设计出了一种新型的燃料电池，即以葡萄糖为燃料，将葡萄糖直接转化为电能。 这个装置微小但能量巨大。就装置本身而言，其厚度仅有400纳米，约为人类头发直径的1/100。且该含糖电源每平方厘米可产生约43微瓦的电力，达到迄今为止葡萄糖燃料电池的最高功率密度。近日于《先进材料》发表的最新论文还指出，该新型葡萄糖电池可承受高达600℃的温度。也就是说，如果将该燃料电池嵌入医疗植入物中，则其可在植入设备所需的高温灭菌过程中依旧保持功能稳定。 据了解，该电池的核心部分为陶瓷，这种陶瓷材料不仅无毒、成本低，还使得它在高温和微型尺度下也能保持其电化学特性。研究人员设想，新设计可制成超薄膜或涂层，并包裹在植入物周围，利用丰富的葡萄糖被动地为电子设备供电。 随后，研究人员通过试验设计出了这种新型葡萄糖燃料电池，其电解质采用具有高离子电导率的陶瓷材料二氧化铈，阳极和阴极则采用易与葡萄糖反应的稳定材料铂。 研究人员在一个芯片上制造了150个单独的葡萄糖燃料电池，并将电池图案摹刻到硅晶片上，实验表明电池可与常见的半导体材料配对。随后研究人员又测量了电池在定制测试站中将葡萄糖溶液流过每个晶片时产生的电流。研究发现，许多电池产生的峰值电压约为80毫伏。对这个尺寸的电池来说，该输出已是现有葡萄糖燃料电池设计中的最高功率密度了。 研究人员还表示，这是第一次将电陶瓷材料中的质子传导用于葡萄糖到能量的转换，它定义了一种新型的电化学。这也为植入传感器和其他功能的微型电源开辟了一条新途径。
