帶有30個獨立葡萄糖微型燃料電池的硅芯片。圖片來源：《先進材料》

   科技日報記者?張夢然

葡萄糖是 人們從食物中吸收的糖分，它是為人體每個細胞提供動力的“燃料”。那么葡萄糖是否也能為醫療植入物提供動力？美國麻省理工學院和德國慕尼黑工業大學的工程 師給出了肯定答案。他們設計了一種新型葡萄糖燃料電池，可將葡萄糖直接轉化為電能。該裝置厚度僅400納米，約為人類頭發直徑的1/100。該含糖電源每 平方厘米產生約43微瓦的電力，實現了迄今為止葡萄糖燃料電池的最高功率密度。

近日發表在《先進材料》上的論文指出，新電池能承受高達600℃的溫度。如果嵌入醫療植入物中，燃料電池可在植入設備所需的高溫滅菌過程中保持穩定。該電 池的核心由陶瓷制成，這種材料即使在高溫和微型尺度下也能保持其電化學特性。研究人員設想，新設計可制成超薄膜或涂層，并包裹在植入物周圍，利用人體豐富 的葡萄糖被動地為電子設備供電。

在新研究中，研究人員設計了一種葡萄糖燃料電池，其電解質由二氧化鈰制成，二氧化鈰是一種具有高離子電導率的陶瓷材料，機械強度高，因此被廣泛用作氫燃料電池的電解質，其已被證明是生物相容的。

研究團隊將電解質與由鉑制成的陽極和陰極夾在中間，鉑是一種容易與葡萄糖反應的穩定材料。他們在一個芯片上制造了150個單獨的葡萄糖燃料電池，每個約 400納米薄，300微米寬（大約30根人類頭發的寬度）。團隊將電池圖案摹刻到硅晶片上，實驗表明電池可與常見的半導體材料配對。隨后他們測量了電池在 定制測試站中將葡萄糖溶液流過每個晶片時產生的電流。

團隊發現，許多電池產生的峰值電壓約為80毫伏。鑒于每個電池的尺寸很小，該輸出已是任何現有葡萄糖燃料電池設計中最高的功率密度。

研究人員表示：“這是第一次將電陶瓷材料中的質子傳導用于葡萄糖到能量的轉換，定義了一種新型的電化學。它將材料從氫燃料電池擴展到新的、令人興奮的葡萄 糖轉換模式。” 新電池使用的陶瓷無毒、便宜，而且對體內條件和植入前的滅菌條件都呈惰性，因此為植入傳感器和其他功能的微型電源開辟了一條新途徑。