你自己的身体可以成为未来小工具的动力来源。
麻省理工学院的科学家已经开发出一种以葡萄糖为动力的燃料电池，可以为微型植入物和传感器提供燃料。该设备的尺寸约为人类头发直径的 1/100，每平方厘米产生约 43 微瓦的电力。燃料电池可用于医学和越来越多的人为了方便 而将电子设备植入体内。
“葡萄糖燃料电池可用于使用体内现成的燃料为可植入设备提供动力，” Philipp Simons开发了该设计作为其博士学位的一部分。论文，在电子邮件采访中告诉 Lifewire。“例如，我们设想使用我们的葡萄糖燃料电池为测量身体功能的高度小型化传感器供电。想想糖尿病患者的血糖监测、监测心脏状况或跟踪识别肿瘤演变的生物标志物。”
小而强大
西蒙斯说，设计新燃料电池的最大挑战是设计出足够小的设计。他补充说，植入式设备需要尽可能小，以尽量减少对患者的影响。
“目前，电池的体积非常有限：如果你把电池做得更小，它会减少它可以提供的能量，”西蒙斯说。“我们已经证明，使用比人类头发细 100 倍的设备，我们可以提供足以为微型传感器供电的能量。”
西蒙斯和他的合作者必须使新设备能够发电并且足够坚固以承受高达 600 摄氏度的温度。如果用于医疗植入物，燃料电池必须经过高温消毒过程。
为了找到一种可以承受高温的材料，研究人员转向了陶瓷，它即使在高温下也能保持其电化学特性。研究人员设想，新设计可以制成超薄膜或涂层，并包裹在植入物周围，利用人体丰富的葡萄糖供应被动地为电子设备供电。
新燃料电池的想法出现在 2016 年，当时Simons 的论文导师、麻省理工学院教授、专门研究陶瓷和电化学设备的 Jennifer LM Rupp在怀孕期间进行了葡萄糖测试。
“在医生办公室，我是一个非常无聊的电化学家，想着你可以用糖和电化学做什么，”鲁普在新闻发布会上说。“然后我意识到拥有一个以葡萄糖为动力的固态设备会很好。菲利普和我在喝咖啡时见面，并在餐巾纸上写下了第一批图纸。”
葡萄糖燃料电池于 1960 年代首次推出，但早期的模型基于软聚合物。这些早期的燃料来源被碘化锂电池所取代。
“迄今为止，电池通常用于为心脏起搏器等植入式设备供电，”西蒙斯说。“然而，这些电池最终会耗尽能量，这意味着需要定期更换心脏起搏器。这实际上是一个巨大的并发症来源。”
未来可能很小且可植入
在寻找可以在体内无限期使用的燃料电池解决方案时，该团队将电解质与由铂制成的阳极和阴极夹在中间，铂是一种易于与葡萄糖反应的稳定材料。
新型葡萄糖燃料电池中的材料类型使其在植入体内的位置方面具有灵活性。“例如，它可以承受消化系统的腐蚀性环境，这可以使新的传感器能够监测肠易激综合征等慢性疾病，”西蒙斯说。
研究人员将电池放在硅晶片上，表明这些设备可以与常见的半导体材料配对。然后，他们测量了每个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。
根据最近发表在《先进材料》杂志上的一篇论文中的 结果，许多电池产生了大约 80 毫伏的峰值电压。研究人员声称这是所有葡萄糖燃料电池设计中功率密度最高的。
没有参与这项工作的挪威奥斯陆大学化学教授特鲁斯·诺比 ( Truls Norby ) 在新闻发布会上说， 麻省理工学院团队“为植入传感器和其他功能的微型电源开辟了一条新途径” 。 . “所使用的陶瓷无毒、便宜，而且对体内条件和植入前的灭菌条件都不是最不惰性的。迄今为止的概念和示范确实很有希望。”
西蒙斯说，新的燃料电池可以在未来启用全新的设备类别。“考虑到我们的燃料电池有多小，人们可以想象只有几微米大的可植入设备，”他补充说。“如果我们现在可以用可植入设备处理单个细胞会怎样?”
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