| 近日, 研究人員對電鰻進行了研究, 發現其依靠鹽和水產生電力. 幾千年來, 電鰻能夠通過可產生高達600V和100W功率的電力來掠食獵物. 科學家們現在才開始利用這種生物動力電源, 將其用於可能為起搏器和未來機器人提供動力的各種應用.  據悉, 這一發現已於12月13日發表在 '自然' 雜誌上. 由弗裡堡大學AdolpheMerkle研究所, 加利福尼亞大學聖地亞哥分校和密西根大學的研究人員領導, 這項研究記錄了所謂的人造電鰻器官的發展, 一系列由水基聚合物混合物組成的稱為水凝膠的柔性電池狀裝置. 正如研究中所描述的那樣, 該團隊從電鰻中汲取靈感, 在實驗室中用 3D印表機 有效地進行逆向工程. 密西根大學材料科學與工程學副教授, 該研究的合著者MaxShtein解釋說: '鰻魚瞬間極化和去極化數以千計的細胞以釋放這些高電壓, 從工程角度來看, 這是一個非常吸引人的系統, 我們需要了解它的性能指標, 基本的構建模組以及如何使用它們. ' 電鰻動力的基本機制圍繞著一種叫做跨膜運輸的現象. 本質上, 電極細胞構成了沿著鰻魚體部的電器官. 當鰻魚攝食獵物時, 這些細胞內及其周圍帶正電荷的鈉離子和鉀離子湧向鰻魚的頭部, 導致電活細胞的正電荷和尾部的負電荷. 結果是流過每個約150毫伏電壓的電池. 雖然這聽起來可能不是很多, 但這些電子細胞電壓加上了更多的功率, 就像手電筒的AAA電池陣容一樣. 在鰻魚中, 這些電子細胞可以產生數百伏的電壓-包括科學家正在試圖重現的電力. 然而, 研究人員並沒有使用鈉和鉀, 而是建立了一種類似的鈉鹽和氯化物體系, 即普通食鹽中發現的天然組合物, 然後溶解在水基水凝膠中. 弗裡堡大學AdolpheMerkle研究所使用最先進的生物 3D印表機 , 研究團隊在塑料片上生成了數千個這種鹹水凝膠的微小液滴, 用純水製成的水凝膠小滴壓在第二片上. 交替的液滴模式與在鰻魚中發現的電解質隔室非常相似, 導致令人印象深刻的電輸出. 612個人工鰻魚細胞可以產生110伏的電能, 大約與家用電器的能量相當. 當然, 科學家們在實驗室裡做的東西並沒有達到數百萬年自然演化的複雜有機體系的效率, 至少現在還沒有. 第一作者, Merkle研究所生物物理學教授MichaelMayer解釋說: '鰻魚的電子器官是非常複雜的, 它們的發電能力要比我們在實驗室模仿的好得多. 但對我們來說, 重要的是要複製這一模式. ' 目前, Mayer指出, 他的團隊的水凝膠系統只能激發非常低功耗的儀器. Mayer說: '我們最接近供電的設備可能是一個起搏器. 然而, 通過調整他們的研究和 3D列印 甚至更薄的凝膠, 我們可以製作出更強的電力輸出. ' |
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