电鳗为新型电源提供了灵感

新电源与电鳗内的发电机构有着惊人的相似之处。

这些人造电鳗器官由称为水凝胶的水基聚合物混合物组成。这种柔软，灵活的类似电池的设备于12月13日在线发表在“ 自然”杂志上，可以为软机器人或下一代可穿戴设备和植入式技术提供动力。

“这是一种非常聪明的方法”，可以建立具有生物相容性，环境友好的能源，“商业化前景光明，”路易斯安那州立大学巴吞鲁日的工程师Jian Xu表示，他没有参与这项工作。

这种新型电源是在沿着电鳗的身体运行的电子器官中称为电细胞的细胞行之后建模的。当鳗鱼击中它的猎物时，这些细胞内部和之间带正电的钾和钠原子流向鳗鱼的头部，使每个电极的前端为正，尾端为负。该设置在每个电池上产生约150毫伏的电压。瑞士弗里堡大学的生物物理学家Michael Mayer解释说，这些电极的电压加起来，就像一组AAA电池为手电筒供电一样。总的来说，鳗鱼的电细胞可以产生数百伏特。

Mayer和他的同事炮制了四个水凝胶，当按特定顺序排队时，它们模仿电极的功能。研究人员设计了几种将四凝胶人工细胞与其他细胞串联的策略。一种技术涉及将水凝胶网格印刷到两个聚酯片材上，然后将一个片材放在另一个上面，使得水凝胶像拉链牙齿一样交叉。或者，将所有水凝胶印刷在单个片材上，然后折叠片材，如薄饼一样堆叠凝胶。

研究人员设计了四种水凝胶的化学组成，这样一旦单个细胞的所有凝胶都接触到，它们带正电荷的钠原子就会向阵列的一端涌动，而负氯原子则向另一端充满。就像一个真正的电极细胞一样，每个四凝胶人工细胞产生130到185毫伏的电力，612个人工鳗鱼细胞串联产生110伏电压 - 类似于家用电源插座。

不幸的是，人造鳗鱼器官不像它们的生物对应物那样有效，Mayer说。因此，为这项研究建造的水凝胶系统只能激活非常低功率的仪器。“我们最接近动力的装置可能是起搏器，”Mayer说。但他认为，调整水凝胶装置以更接近地模仿真正的鳗鱼电子器官 - 比如通过印刷更薄的凝胶 - 可以使这些能源更具魅力。

Mayer还想设计一种新的方法来为人造器官充电。研究人员目前不得不将设备连接到外部电源，将水凝胶的带电粒子驱回到起始位置，就像将电池插入充电座一样。

“至少对我而言，圣杯将是设计这种东西，以便它可以在体内充电，”Mayer说。他想象人工鳗鱼器官利用整个身体的自然电荷分离储存的能量，就像胃 - 相对带正电的 - 和周围组织之间的能量。这种灵活，生物友好和透明的能源有朝一日可以激活植入的健康传感器，胰岛素泵或高科技隐形眼镜，将虚拟显示器投射到佩戴者的视线上。