【醫療科技】超薄燃料電池 藉人體葡萄糖發電
▲ 新型葡萄糖燃料電池，厚度僅400納米，即只有人類頭髮直徑的百分之一。（MIT）
葡萄糖是人類從食物吸收的糖份，是為身體每個細胞提供動力的燃料。但有否想過，人體中的葡萄糖也能為心臟起搏器（Pacemaker）提供動力？
有大學研究團隊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，而且該裝置厚度僅400納米，即只有人類頭髮直徑的百分之一。
早於1960年代，已有科學家提出葡萄糖燃料電池的可能，並揭示將葡萄糖的化學能轉化為電能的潛力。不過，當時的葡萄糖燃料電池是以軟性聚合物（Polymer）為基礎，容易被高溫溶解，結果很快被鋰碘（Lithium-iodide）電池取代，成為現今植入式醫療儀器的標準電源，最常見的例子就是心臟起搏器。
共3層 厚度僅頭髮直徑百分一
鋰碘電池的設計是用來儲存能量，但由於體積有限，當心臟起搏器等裝置的能源快耗盡時，就需要再進行手術更換電池，這除了會帶來不便外，也令病人需冒着重複手術的風險。
麻省理工學院（MIT）的研究團隊再次審視葡萄糖燃料電池的設計，團隊成員工程系研究生Philipp Simons指出，直接由身體中豐富的葡萄糖提供燃料，不但可省卻安裝植入式醫療儀器時，要考慮電池體積的問題，更能大幅減少更換電池而重複手術的情況。
葡萄糖燃料電池的基本設計由3層組成：頂部的陽極、中間的電解質，以及底部的陰極。陽極和陰極是由鉑金製成，因為它是一種穩定的材料，而且很容易與葡萄糖產生化學反應。
其運作原理是當陽極與體液（Bodily fluids）中的葡萄糖產生反應後，就會將葡萄糖轉化為葡萄糖酸，並會釋放出一對質子和一對電子。中間的電解質則會分離質子和電子，並將質子傳導到燃料電池中，然後與空氣結合形成水份子，並隨體液流走。同時，被隔離的電子則會流向一個外部電路，為植入式醫療儀器供電。
採用耐熱陶瓷 作電解質層
此外，一般的電池大多會採用聚合物來製成電解質層，但基於聚合物的特性及其傳導質子的能力，在高溫下很容易被降解，加上當縮小到納米尺寸時，也是很難進行消毒。
為解決這問題，Philipp Simons就想到使用陶瓷（Ceramics）來取代聚合物。因為陶瓷不但是可以自然傳導質子的耐熱材料，而且它很堅固，具有長期穩定性、小規模可擴展性和與矽芯片集成的優勢。
於是研究團隊就以一種名為鈰（Ceria）的陶瓷材料，作為葡萄糖燃料電池的電解質層。Philipp Simons指出：「鈰在癌症研究界被廣泛研究，而且它也會用於牙齒植入的氧化鋯（Zirconia），具有生物相容性和安全性。」
研究團隊將電解質層與陽極及陰極結合，製成一個厚度僅約400納米、300微米寬的葡萄糖燃料電池。然後，將150個獨立的葡萄糖燃料電池安裝在一塊矽芯片上，並讓葡萄糖溶液流過，以測量每個電池產生的電流。
結果顯示，每個電池平均能產生約80毫伏特的峰值電壓，足以為心臟起搏器一類植入式醫療儀器供電。
《ET贏商有計》每集請來香港企業品牌，分享疫下營商Tips。即看最新一集：
記者：陳卓賢
