首個人造“發(fā)電器官”問世

有望為人體植入設(shè)備供電

●創(chuàng)新點

一直以來，自然界都是人類的老師，生物經(jīng)過長期的演化和自然選擇，進(jìn)化得比任何人類機械更為精良高效。2017年12月，瑞士阿道夫?梅克爾研究所、瑞士弗里堡大學(xué)及美國密歇根大學(xué)的研究人員，從電鰻的自身發(fā)電中找到靈感，模擬其發(fā)電細(xì)胞發(fā)明了世界上首個“發(fā)電器官”。

●方法和結(jié)果

在電鰻的身體后部平行堆疊生長有成千上萬個發(fā)電細(xì)胞，每一個發(fā)電細(xì)胞就像一個小電池一樣，串聯(lián)成為一個電池組，在電鰻的頭尾之間形成高壓（頭部正極、尾部負(fù)極），進(jìn)而在體外形成足夠大的電流來攻擊天敵或獵物。為了制造出類似的發(fā)電細(xì)胞，研究人員用4種水凝膠作為主要原料，來模擬電鰻發(fā)電細(xì)胞的解剖結(jié)構(gòu)：鹽濃度高的水凝膠、陽離子選擇凝膠、鹽濃度低的水凝膠和陰離子選擇凝膠。這4種水凝膠組合物形成“四聚體凝膠細(xì)胞”，依次構(gòu)成離子導(dǎo)電通路，從而建立橫跨數(shù)十至數(shù)千個選擇性滲透隔室的電解質(zhì)溶液梯度，形成類似于電鰻發(fā)電細(xì)胞堆疊的效果。研究人員使用了耐用且易于使用的部件，以及自動化、可擴展的制造工藝來制造這種具有潛在生物相容性的人造“發(fā)電器官”，它可以產(chǎn)生超過100伏的電位差。此外，研究人員使用可編程的流體分配器按順序生成并定位一系列凝膠細(xì)胞，保證系統(tǒng)可以按編號同時激發(fā)或者順序激發(fā)。

應(yīng)用前景

這種靈活的“超級電源”不需要在體內(nèi)安裝傳統(tǒng)的電池組，非硬質(zhì)且不需要插入接通，有望在軟體機器人、植入物（如心臟起搏器）及可穿戴設(shè)備上發(fā)揮巨大的潛能。未來，該聯(lián)合研究團隊希望通過減小凝膠厚度、降低電阻等方式提高該系統(tǒng)的發(fā)電效率。

Source：ThomasB.H.Schroeder, Anirvan Guha, Aaron Lamoureux, et al.An electric-eelinspired soft power source from stacked hydrogels [J].Nature,2017，552：214–218.