人造鰓,讓你在水中像魚一樣自由

從古到今，人們就幻想著有朝一日，自己也能夠像魚一樣，在水中自由呼吸，盡情遨游。

為了幫助人類實現(xiàn)移居海洋的夢想，科學家嘗試發(fā)明一種可以幫助人類在水中呼吸的人造鰓。上個世紀六七十年代，關(guān)于人造鰓的研究主要集中在利用高通透性薄膜制造人造鰓上。

受潛水甲蟲的啟發(fā)，丹麥生物學家理查德·艾格設(shè)想研制一種由薄膜制成的“人造鰓”，其外形像一只方形的箱子，里面充滿了空氣。

潛水員帶著這種人造鰓潛入水中后，當鰓中的氧氣含量下降，二氧化碳濃度增加時，在空氣壓力的作用下，為了達到內(nèi)外壓力平衡，水中的氧氣便會通過薄膜擴散到人造鰓中，與此同時，人造鰓里的二氧化碳也會通過薄膜擴散到水中，通過這種一進一出的氣體交換，人造鰓中便能始終保持充足的氧氣。有了這種人造鰓 ，潛水員就可以像魚一樣在水中自由呼吸，長時間停留了。

艾格的這個“膜鰓理論”提出以后，引起了科學家們的濃厚興趣。1961年，世界上第一片可以用于制造人造鰓的高通透性薄膜——硅酮膜終于研制出來了。幾個月后 ，通用電氣公司的科研人員沃爾特羅布便利用硅酮膜制造了一個箱形的人造鰓。

他將一只小老鼠放入鰓中，然后沉入水里，結(jié)果小老鼠在水下存活了很長時間。雖然羅布的這個實驗讓人們看到了一絲曙光，但實驗所得出的一些數(shù)據(jù)也讓人們意識到，想要制造成功真正的人造鰓，還需要跨越許多障礙。

在水中，人類所需的氧氣要比小老鼠多得多。可是，水中的氧氣卻沒有空氣中那么多——根據(jù)溫度的不同，每升海水中大約只有4～16毫升的氧氣。

為了得到足夠的氧氣，我們必須讓人造鰓周邊的水快速流動，以確保硅酮膜能夠始終與富含氧氣的水體接觸。此外，人造鰓還必須擁有龐大的表面積，以便能夠在極短的時間內(nèi)從水中提取出更多的氧氣。

為此，美國明尼蘇達大學的愛德華·卡思勒教授根據(jù)“人工肺”的原理，聯(lián)想到可以將硅酮膜也做成一根根細小的圓柱形管子，將大量的表面積壓縮至一個小小的空間里。

卡思勒按照自己的想法，制作了一個布滿細小管狀膜的人造鰓，并將一只小狗裝入人造鰓，然后沉入密西西比河中。3小時后，小狗被放出來時，仍然活蹦亂跳。

試驗的成功，并沒有讓卡思勒高興多久。因為隨后測得的數(shù)據(jù)清楚地顯示，人造鰓中的氧氣含量只有16%左右。于是，一些科研人員開始另辟蹊徑，尋找新的研究方向。

2004年，以色列科學家阿龍·博德勒成功研制出一種新型的人造鰓樣品。博德勒的發(fā)明是以“亨利定律”為理論基礎(chǔ)的。“亨利定律”認為，可溶解于液體中的氣體數(shù)量與液體的壓力成正比。提高液體表面的空氣壓力，就會有更多的氣體溶入液體中；反之，把液體表面的壓力減小，則溶解在液體中的氣體又會被釋放出來。

博德勒所發(fā)明的人造鰓上，有一個進水口和一個出水口。進水口可以吸取一定量的水，然后通過一臺離心泵，降低人造鰓中的液體壓力，溶解在水中的空氣于是變成小氣泡溢出，從而獲得供人呼吸的空氣。

博德勒的人造鰓每分鐘可以從200升水中提取1升空氣。這已足夠普通潛水者使用了。接下來，博德勒打算進一步縮小這種人造鰓的體積，以便將其與潛水員所穿的潛水服合為一體。

預(yù)計在不久的將來，潛水員就可以甩掉沉重的氧氣瓶，穿上像馬甲一樣的人造鰓，在水下像魚一樣自由地呼吸了。