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葡萄糖燃料电池问世可为医疗植入装置提供动力

2019/10/15 12:31:252290

　　美国麻省理工学院的工程师基于葡萄糖开发了一种新型燃料电池，有望成为未来医疗植入物的能量来源，并有助于瘫痪病人四肢运动能力的恢复等。相关研究报告发表在《公共科学图书馆·综合》杂志上。

　　此次研究由该校电子工程和计算机科学系的副教授拉胡尔·萨派斯卡所领导。这种燃料电池可从葡萄糖分子中剥离电子制造微弱的电流，允许其与其他电路结合，而这正是脑部植入物所需的。　　事实上，葡萄糖燃料电池的理念并不新鲜。早在20世纪70年代，科学家就提出能以这种电池为心脏起搏器提供动力。但这一提议最终因为葡萄糖燃料电池所使用的酶不能长久发挥作用，以及锂离子电池能在单位面积内提供更强劲的能量而搁浅。　　基于上述问题，新型葡萄糖燃料电池作出了相关改进。科研人员采用了与制造半导体电子芯片相同的技术，以硅为原料组装而成。此外，这种燃料电池并不具备任何生物组件，可借助与人体相容性良好的铂催化剂从葡萄糖处剥离电子，模拟细胞酶的活动，分解葡萄糖并产生三磷酸腺苷（ATP），即细胞的“能量货币”。目前，新型葡萄糖燃料电池能产生高达数百微瓦的功率，足可以驱动超低功耗的临床神经植入物。　　例如脑脊髓液（CSF）中就只有屈指可数的细胞，因此位于其中的植入物很难能激起免疫反应。而计算数据显示，葡萄糖燃料电池能够从脑脊髓液中获得可观的葡萄糖，从而为植入物提供动力。另外，由于这只占据了葡萄糖燃料电池有效功率的一小部分，所以其也不会对大脑功能造成不良影响。　　科学家表示，这一成果可为开发无需外界能源的植入式医疗设备提供帮助，下一步仍需证明其在活体生物内也能良好运转。当葡萄糖燃料电池与超低功耗的电子设备相结合，就能实现大脑等位置植入物的自行供电，从而惠及医疗和仿生学等相关领域。但萨派斯卡也强调，将葡萄糖驱动的植入式医疗设备引入市场，仍需要一个漫长的科研和摸索过程。