3D打印的电鳗器官可为未来起搏器和机器人提供动力来源

近日，研究人员对电鳗进行了研究，发现其依靠盐和水产生电力。几千年来，电鳗能够通过可产生高达600V和100W功率的电力来掠食猎物。

近日，研究人员对电鳗进行了研究，发现其依靠盐和水产生电力。几千年来，电鳗能够通过可产生高达600V和100W功率的电力来掠食猎物。科学家们现在才开始利用这种生物动力电源，将其用于可能为起搏器和未来机器人提供动力的各种应用。

据悉，这一发现已于12月13日发表在“自然”杂志上。由弗里堡大学AdolpheMerkle研究所、加利福尼亚大学圣地亚哥分校和密歇根大学的研究人员领导，这项研究记录了所谓的人造电鳗器官的发展，一系列由水基聚合物混合物组成的称为水凝胶的柔性电池状装置。

正如研究中所描述的那样，该团队从电鳗中汲取灵感，在实验室中用3D打印机有效地进行逆向工程。密歇根大学材料科学与工程学副教授、该研究的合着者MaxShtein解释说：“鳗鱼瞬间极化和去极化数以千计的细胞以释放这些高电压，从工程角度来看，这是一个非常吸引人的系统，我们需要了解它的性能指标、基本的构建模块以及如何使用它们。”

电鳗动力的基本机制围绕着一种叫做跨膜运输的现象。本质上，电极细胞构成了沿着鳗鱼体部的电器官。当鳗鱼摄食猎物时，这些细胞内及其周围带正电荷的钠离子和钾离子涌向鳗鱼的头部，导致电活细胞的正电荷和尾部的负电荷。结果是流过每个约150毫伏电压的电池。虽然这听起来可能不是很多，但这些电子细胞电压加上了更多的功率，就像手电筒的AAA电池阵容一样。

在鳗鱼中，这些电子细胞可以产生数百伏的电压-包括科学家正在试图重现的电力。然而，研究人员并没有使用钠和钾，而是建立了一种类似的钠盐和氯化物体系，即普通食盐中发现的天然组合物，然后溶解在水基水凝胶中。弗里堡大学AdolpheMerkle研究所使用最先进的生物3D打印机，研究团队在塑料片上生成了数千个这种咸水凝胶的微小液滴，用纯水制成的水凝胶小滴压在第二片上。交替的液滴模式与在鳗鱼中发现的电解质隔室非常相似，导致令人印象深刻的电输出。612个人工鳗鱼细胞可以产生110伏的电能，大约与家用电器的能量相当。

当然，科学家们在实验室里做的东西并没有达到数百万年自然演化的复杂有机体系的效率，至少现在还没有。第一作者，Merkle研究所生物物理学教授MichaelMayer解释说：“鳗鱼的电子器官是非常复杂的，它们的发电能力要比我们在实验室模仿的好得多。但对我们来说，重要的是要复制这一模式。”目前，Mayer指出，他的团队的水凝胶系统只能激发非常低功耗的仪器。Mayer说：“我们最接近供电的设备可能是一个起搏器。然而，通过调整他们的研究和3D打印甚至更薄的凝胶，我们可以制作出更强的电力输出。”

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