葡萄糖是一種我們從吃的食物中吸收的糖分。它是我們身體里每個(gè)細(xì)胞的能量來(lái)源。葡萄糖也可以為未來(lái)的醫(yī)療植入物提供能量嗎？一些研究人員認(rèn)為可以。

他們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的葡萄糖燃料電池，可以將葡萄糖直接轉(zhuǎn)化為電能。該裝置比其他的葡萄糖燃料電池更小，只有400納米厚，大約是人類頭發(fā)直徑的1/100。這種含糖能源每平方厘米能產(chǎn)生43微瓦的電能，是目前在環(huán)境條件下葡萄糖燃料電池中功率密度最高的。這種新設(shè)備也足夠堅(jiān)固，能夠承受高達(dá)600攝氏度的溫度。如果與醫(yī)用植入物結(jié)合，燃料電池可以通過所有植入裝置所需的高溫滅菌過程并保持穩(wěn)定。新裝置的核心是由陶瓷制成的，這種材料即使在高溫和微縮尺寸下也能保持其電化學(xué)特性。

研究人員設(shè)想，這種新設(shè)計(jì)可以制成超薄的薄膜或涂層，包裹在植入物周圍，利用人體豐富的葡萄糖供應(yīng)被動(dòng)地為電子設(shè)備供電。他們表示，燃料電池直接轉(zhuǎn)換能量，而不是將其存儲(chǔ)在設(shè)備中，所以不需要在電池中設(shè)計(jì)存儲(chǔ)能量所需的體積。近年來(lái)，科學(xué)家們重新審視了葡萄糖燃料電池，認(rèn)為它可能是一種更小的電源，直接由人體豐富的葡萄糖提供能量。

葡萄糖燃料電池的基本設(shè)計(jì)包括三層：頂部陽(yáng)極，中間電解質(zhì)和底部陰極。陽(yáng)極與體液中的葡萄糖發(fā)生反應(yīng)，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸。這種電化學(xué)轉(zhuǎn)換會(huì)釋放一對(duì)質(zhì)子和一對(duì)電子。中間的電解質(zhì)將質(zhì)子與電子分開，引導(dǎo)質(zhì)子通過燃料電池，在那里它們與空氣結(jié)合形成水分子——一種無(wú)害的副產(chǎn)物，隨體液流走。與此同時(shí)，被隔離的電子流向外部電路，在那里它們可以用來(lái)為電子設(shè)備供電。

該團(tuán)隊(duì)希望通過修改電解液層來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的材料和設(shè)計(jì)，電解液層通常由聚合物制成。研究人員設(shè)計(jì)了一種葡萄糖燃料電池，其電解質(zhì)由二氧化鈰制成，二氧化鈰是一種陶瓷材料，具有高的離子導(dǎo)電性，機(jī)械性能良好，因此被廣泛用作氫燃料電池的電解質(zhì)。它也被證明具有生物相容性。

研究小組通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)許多電池單元產(chǎn)生的峰值電壓約為80毫伏?？紤]到每個(gè)電池的微小尺寸，這是現(xiàn)有葡萄糖燃料電池設(shè)計(jì)中最高的功率密度。

這是電陶瓷材料中的質(zhì)子傳導(dǎo)首次用于葡萄糖功率轉(zhuǎn)換，定義了一種新型的電化學(xué)。它將材料案例從氫燃料電池?cái)U(kuò)展到新的、令人興奮的葡萄糖轉(zhuǎn)換模式。