心脏起搏器每 5 至 10 年需要手术更换电池，胰岛素泵需要定期充电，植入式医疗设备的供电问题一直是医学界的痛点。

如果有一种电池能直接利用人体血液中的葡萄糖发电，终身无需更换，那将彻底改变植入式医疗设备的形态。

葡萄糖燃料电池（Glucose Fuel Cell，GFC）正是这样一项技术。它利用人体体液中天然存在的葡萄糖和氧气，通过电化学反应直接产生电能，不需要外部充电，也不需要手术更换电池。

2022 年，麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）和慕尼黑工业大学（Technical University of Munich，TUM）的研究团队设计出一种新型葡萄糖燃料电池（GFC），功率密度达到每平方厘米 43 至 80 微瓦，是当时所有葡萄糖燃料电池（GFC）中最高的。

此后四年，葡萄糖燃料电池（GFC）这项技术加速突破，从实验室走向动物实验，再到接近商业化的临界点。

傲多可®商机网（Aodok.com）梳理了葡萄糖燃料电池（GFC）的技术原理、最新研究进展、商业化路径和市场机遇，供关注医疗器械和生物电子领域的投资者及从业者参考。

一、技术原理：用血糖发电

葡萄糖燃料电池（GFC）的核心原理并不复杂：

人体血液和组织液中含有大量葡萄糖，葡萄糖在阳极被氧化分解，释放出电子和质子；电子通过外电路流向阴极，质子则通过电解质迁移到阴极，与氧气结合生成水。整个过程的产物只有水和微量葡萄糖酸，对人体无毒无害。

与传统锂电池相比，葡萄糖燃料电池（GFC）有三个本质优势：

第一，终身供电。只要人体新陈代谢正常，葡萄糖就会持续存在，电池就能持续发电，理论上不需要更换。

第二，体积可以极小。传统电池占据植入物体积的 90%，而葡萄糖燃料电池（GFC）直接转换能量而非储存能量，可以做到薄膜或涂层形态，厚度仅几百纳米。

第三，生物相容性好。麻省理工学院团队使用的电解质材料是铈（Cerium），一种具有高离子电导率和生物相容性的陶瓷材料，无毒且能承受医疗设备灭菌的高温。

麻省理工学院团队设计的葡萄糖燃料电池（GFC）结构为"铂阳极-铈电解质-铂阴极"的三明治结构，总厚度仅 400 纳米，约为人类头发直径的百分之一。

研究人员设想将这种陶瓷薄膜缠绕在植入物表面，让植入物本身成为电池的一部分。

二、最新研究进展（2025 至 2026 年）

2022 年的突破之后，葡萄糖燃料电池（GFC）在 2025 至 2026 年迎来了密集的技术跃迁，多个研究团队在不同方向上取得了关键进展：

时间研究团队核心突破功率密度/性能
2025 年国际联合研究团队将柔性酶生物燃料电池植入自由活动的大鼠体内，实现长期稳定供能体内功率密度 285 微瓦/平方厘米
2025 年 5 月中国同济大学团队开发纳米酶生物燃料电池，厚度仅 0.3 毫米，可利用汗液发电最高功率密度 21.11 毫瓦/平方厘米
2026 年 3 月中国科学院大学、清华大学、阜外医院等研发出胶囊尺寸的微型共生型自供电无导线心脏起搏器，论文发表于《自然—生物医学工程》利用心脏内源性能量供电
2026 年 6 月中国科学院大学团队开发内源性葡萄糖驱动的共生电子绷带，利用糖尿病创面过量葡萄糖发电，加速伤口愈合，论文发表于《Science Advances》无需外部电源和导线
2026 年 7 月中国重庆大学与重庆医科大学开发植入式酶燃料电池，在大鼠体内可经受拉伸、扭转和弯折，稳定供能超过一周柔性可拉伸，适应体内运动
2026 年 9 月日本东北大学开发完全有机、防水的口腔生物电池，可从唾液中的葡萄糖获取能量适用于口腔植入物和智能牙套

资料来源：《自然—生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）、《Science Advances》、《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）、中国新闻网、科技日报。

从这些进展可以看出，葡萄糖燃料电池（GFC）正在从"实验室概念"快速走向"动物实验验证"阶段。功率密度从 2022 年的 80 微瓦/平方厘米提升到 2025 年的 285 微瓦/平方厘米，三年增长超过 2.5 倍。

中国研究团队在 2026 年密集发表高水平论文，已经成为该领域的重要力量。

三、商业化路径：从实验室到市场

葡萄糖燃料电池（GFC）的商业化并非遥不可及。

根据 PW Consulting 2026 年报告，2025 年全球酶生物燃料电池市场中，葡萄糖基产品占比 67.2%，医疗植入物应用占比 44.9%，北美市场规模约 2850 万美元（约 1.93 亿元人民币）。

目前走在商业化最前沿的是以下几家公司：

1. 美敦力（Medtronic）

美敦力（Medtronic）是全球最大的医疗技术公司之一，业务遍布 150 多个国家和地区，拥有 9.5 万名员工，每年改善 7900 万人的生命。在心脏起搏器、胰岛素泵等植入式设备领域，美敦力（Medtronic）是全球市场领导者。

根据行业研究报告，美敦力（Medtronic）预计在 2026 年第三季度向美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）提交首份生物能辅助供电模块（Bio-Energy Assist Module，BEAM）的 510(k) 预市申请。

该模块采用"外置生物能贴片+植入泵"的协同架构，虽然还不是完全植入式的葡萄糖燃料电池（GFC），但标志着巨头正式进入这一赛道。

美敦力（Medtronic）的入局意义重大：一旦其心脏起搏器或胰岛素泵采用葡萄糖燃料电池（GFC）供电，将为整个行业建立技术标准和监管路径。

2. Senseonics

Senseonics Holdings, Inc.（纳斯达克代码：SENS）是一家专注于植入式葡萄糖监测技术的医疗科技公司，总部位于美国马里兰州日耳曼敦。

其核心产品 Eversense 是全球首个且唯一的长期植入式连续血糖监测系统，传感器可植入皮下长达 365 天。

虽然 Senseonics 的产品目前仍使用传统电池，但其植入式葡萄糖传感器的技术路径与葡萄糖燃料电池（GFC）高度互补。

一旦葡萄糖燃料电池（GFC）技术成熟，Senseonics 很可能是首批将其整合到商业产品中的公司，实现"监测+供电"一体化的植入式糖尿病管理设备。

3. 技术路线对比

公司/机构技术路线商业化阶段核心产品
美敦力（Medtronic）外置生物能贴片+植入泵协同预计 2026 年 Q3 提交 FDA 申请心脏起搏器、胰岛素泵
Senseonics植入式葡萄糖传感器已商业化（Eversense 365）连续血糖监测系统
麻省理工学院（MIT）团队铈电解质陶瓷薄膜燃料电池实验室阶段植入式医疗设备供电
中国科学院大学团队内源性葡萄糖共生电子器件动物实验阶段自供电心脏起搏器、电子绷带

四、技术挑战与瓶颈

尽管进展迅速，葡萄糖燃料电池（GFC）距离大规模商业化仍有几个关键瓶颈需要突破：

第一，寿命问题。根据美国国家生物技术信息中心（National Center for Biotechnology Information，NCBI）2025 年综述，大多数葡萄糖燃料电池（GFC）实验的长期效果不佳，半衰期以小时计，而非植入式设备所需的数年。酶基燃料电池的酶在体内环境中会逐渐失活，非酶催化的稳定性也需要长期验证。

第二，功率密度仍需提升。心脏起搏器需要约 10 至 30 微瓦的持续功率，胰岛素泵需要更高。目前实验室最好成绩是 285 微瓦/平方厘米，但这是在理想实验条件下的数据，体内实际环境中的功率输出会打折扣。

第三，生物相容性和安全性。长期植入体内的设备需要证明不会引起免疫排斥、不会产生有毒副产物、不会影响周围组织的正常功能。这需要大量的动物实验和临床试验，周期通常在 5 至 10 年。

第四，监管审批。植入式医疗设备属于最高风险等级，FDA 和中国国家药品监督管理局（National Medical Products Administration，NMPA）的审批流程严格且漫长。

五、市场机遇与投资方向

葡萄糖燃料电池（GFC）的商业化将带动一个全新的产业链，以下几个方向值得关注：

第一，植入式医疗设备整机。心脏起搏器、除颤器、胰岛素泵、神经刺激器等设备一旦采用葡萄糖燃料电池（GFC），将从"每 5 至 10 年手术换电池"变为"终身免维护"，产品价值和患者依从性都将大幅提升。

第二，可穿戴医疗设备。同济大学团队开发的汗液发电燃料电池、日本东北大学的口腔生物电池，为智能手环、智能牙套、持续血糖监测贴片等可穿戴设备提供了免充电方案。

第三，糖尿病管理赛道。中国是全球糖尿病患者最多的国家，患者人数超过 1.4 亿。葡萄糖燃料电池（GFC）与葡萄糖监测技术天然契合，"监测+供电+给药"一体化的植入式人工胰腺是终极方向。

第四，材料和零部件。铈电解质、铂催化剂、碳泡沫电极、纳米酶材料等核心材料的研发和生产，将随着下游需求增长而迎来机遇。

傲多可®（Aodok）独家点评

葡萄糖燃料电池（GFC）的故事，本质上是一个"从能量储存到能量采集"的范式转移。

传统锂电池的逻辑是"先存满电，再慢慢用"，而葡萄糖燃料电池（GFC）的逻辑是"边采集边用，人体就是充电站"。这一转变的意义不亚于从功能机到智能手机的跃迁。

对中国企业来说，这个赛道有三个独特的机会窗口。

一是中国研究团队在 2026 年密集发表高水平论文，技术储备已经跟上国际前沿；

二是中国拥有全球最大的糖尿病患者群体和最完整的医疗器械产业链，从研发到量产的转化效率高于欧美；

三是国家药品监督管理局（NMPA）对创新医疗器械的审批通道正在加速，国产植入式设备的进口替代空间巨大。

真正的竞争壁垒不在实验室里的功率密度数字，而在"长期稳定性+生物安全性+监管审批"的综合能力。

美敦力（Medtronic）这样的巨头之所以值得关注，不是因为它的技术最前沿，而是因为它有能力把一个实验室原型走完 10 年的商业化全流程。

对初创公司来说，与其追求全链条自研，不如聚焦在材料或器件的某个细分环节，与巨头形成互补。

美敦力（Medtronic）

名称： 美敦力公司（Medtronic plc）

电话： +86-21-2032-5888（中国区）

邮箱： medtronic@medtronic.com

官网： www.medtronic.com

地址： 爱尔兰都柏林（全球总部）；中国上海市浦东新区（中国区总部）
（Dublin, Ireland / Pudong New Area, Shanghai, China）

Senseonics Holdings

名称： Senseonics Holdings, Inc.

电话： +1-301-601-7400

邮箱： ir@senseonics.com

官网： www.senseonics.com

地址： 美国马里兰州日耳曼敦市 Seneca Meadows 公园大道 20451 号
（20451 Seneca Meadows Parkway, Germantown, MD 20876, USA）