首個人造“發電器官”問世

有望為人體植入設備供電

●創新點

一直以來，自然界都是人類的老師，生物經過長期的演化和自然選擇，進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、瑞士弗里堡大學及美國密歇根大學的研究人員，從電鰻的自身發電中找到靈感，模擬其發電細胞發明了世界上首個“發電器官”。

●方法和結果

在電鰻的身體后部平行堆疊生長有成千上萬個發電細胞，每一個發電細胞就像一個小電池一樣，串聯成為一個電池組，在電鰻的頭尾之間形成高壓（頭部正極、尾部負極），進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電細胞，研究人員用4種水凝膠作為主要原料，來模擬電鰻發電細胞的解剖結構：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“四聚體凝膠細胞”，依次構成離子導電通路，從而建立橫跨數十至數千個選擇性滲透隔室的電解質溶液梯度，形成類似于電鰻發電細胞堆疊的效果。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“發電器官”，它可以產生超過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胞，保證系統可以按編號同時激發或者順序激發。

應用前景

這種靈活的“超級電源”不需要在體內安裝傳統的電池組，非硬質且不需要插入接通，有望在軟體機器人、植入物（如心臟起搏器）及可穿戴設備上發揮巨大的潛能。未來，該聯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的發電效率。

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.