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新型燃料電池可嵌入醫(yī)療植入物 利用人體葡萄糖發(fā)電
2022年05月17日 10:29:51
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：Lani 點擊量：4939
有研究團(tuán)隊設(shè)計出了一種新型的燃料電池，即以葡萄糖為燃料，將葡萄糖直接轉(zhuǎn)化為電能。其可為人體醫(yī)療植入物提供動力。
【化工儀器網(wǎng) 時事熱點】葡萄糖是廣泛存在于自然界中的一類單糖，其在生物學(xué)領(lǐng)域具有重要地位。葡萄糖是生物的主要供能物質(zhì)，是活細(xì)胞的能量來源和新陳代謝的中間產(chǎn)物，植物也可通過光合作用產(chǎn)生葡萄糖。另外，葡萄糖在醫(yī)療、食用方面都發(fā)揮著積極作用。
對人體而言，葡萄糖是活細(xì)胞的能量來源，那其是否也能為醫(yī)療植入物提供動力呢？美國麻省理工學(xué)院和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的工程師給予了肯定的答復(fù)。據(jù)悉，該團(tuán)隊設(shè)計出了一種新型的燃料電池，即以葡萄糖為燃料，將葡萄糖直接轉(zhuǎn)化為電能。
這個裝置微小但能量巨大。就裝置本身而言，其厚度僅有400納米，約為人類頭發(fā)直徑的1/100。且該含糖電源每平方厘米可產(chǎn)生約43微瓦的電力，達(dá)到迄今為止葡萄糖燃料電池的最高功率密度。近日于《先進(jìn)材料》發(fā)表的最新論文還指出，該新型葡萄糖電池可承受高達(dá)600℃的溫度。也就是說，如果將該燃料電池嵌入醫(yī)療植入物中，則其可在植入設(shè)備所需的高溫滅菌過程中依舊保持功能穩(wěn)定。
據(jù)了解，該電池的核心部分為陶瓷，這種陶瓷材料不僅無毒、成本低，還使得它在高溫和微型尺度下也能保持其電化學(xué)特性。研究人員設(shè)想，新設(shè)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(shè)備供電。
隨后，研究人員通過試驗設(shè)計出了這種新型葡萄糖燃料電池，其電解質(zhì)采用具有高離子電導(dǎo)率的陶瓷材料二氧化鈰，陽極和陰極則采用易與葡萄糖反應(yīng)的穩(wěn)定材料鉑。
研究人員在一個芯片上制造了150個單獨的葡萄糖燃料電池，并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(dǎo)體材料配對。隨后研究人員又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(chǎn)生的電流。研究發(fā)現(xiàn)，許多電池產(chǎn)生的峰值電壓約為80毫伏。對這個尺寸的電池來說，該輸出已是現(xiàn)有葡萄糖燃料電池設(shè)計中的最高功率密度了。
研究人員還表示，這是第一次將電陶瓷材料中的質(zhì)子傳導(dǎo)用于葡萄糖到能量的轉(zhuǎn)換，它定義了一種新型的電化學(xué)。這也為植入傳感器和其他功能的微型電源開辟了一條新途徑。
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