在鲨鱼的电感觉器官中发现的质子传导物质

鲨鱼，冰鞋和射线可以使用一系列被称为Lorenzini壶腹的不寻常器官来探测猎物和其他动物产生的非常微弱的电场。这些电感觉器官究竟是如何工作的仍然是一个谜，但一项新研究揭示了一条可能对其他研究领域产生影响的重要线索。

最初由Stefano Lorenzini于1678年描述，Lorenzini的壶腹可见于头部周围皮肤和鲨鱼，冰鞋和射线(称为软骨鱼类，软骨鱼类的子类)的小毛孔。每个孔都对环境开放，并通过一个充满透明粘稠果冻的长管连接到一组电感应细胞。

在5月13日发表于Science Advances的新研究中，来自华盛顿大学加州大学圣克鲁兹分校和弗吉尼亚梅森贝纳罗亚研究所的一组研究人员研究了这种果冻的特性。他们发现果冻是一种非凡的质子传导材料，据报道生物材料具有最高的质子传导性。相应的作者，加州大学圣克鲁兹电气工程副教授Marco Rolandi说，它的电导率仅比目前最先进的质子传导聚合物(Nafion)低40倍。

“对果冻中高质子传导性的观察是非常令人兴奋的，”罗兰迪说。“我们希望我们的研究结果可能有助于未来对Lorenzini壶腹部和整个器官的电感知功能的研究，这本身就是非常特殊的。”来自几个壶腹的信号的整合允许鲨鱼，冰鞋和射线检测到每厘米5纳伏的电场变化。但是，这种微弱的信号如何从毛孔传递到感觉细胞一直是一个争论的问题。研究人员推测果冻中的硫酸化聚乙二醇可能有助于其高质子传导性。

质子传导率是材料或溶液传导质子(正氢离子)的能力。Rolandi解释说，在具有许多有序氢键的系统中，例如水合亲水聚合物，质子传导可沿着这些键的链发生。在技​​术应用中，质子导体如Nafion可用作燃料电池中的质子交换膜。

“我第一次测量果冻的质子传导性，我真的很惊讶，”第一作者Erik Josberger说，他是华盛顿大学Rolandi团队的电气工程博士生。“导电率仅比Nafion小40倍。”

材料科学和其他领域的研究人员可能对这一新发现感兴趣。Rolandi说，这一发现的应用可能包括非常规传感器技术。