Україна та Чехія починають наукову співпрацю
16 Грудня , 2017
Італійський стартап приступає до виготовлення акустичних систем з каменю
16 Грудня , 2017

Вчені створили біобатарею, створену за прикладом електричного вугра

Наука знаходиться в постійному пошуку безпечніших, екологічно чистих способів керування приладами, які використовуються всередині нашого тіла. Зрештою, кому дійсно потрібні токсичні елементи електроживлення або імплантати? Один з живих організмів, що має гарну здатність виробництва біосумісної (як мінімум для себе) енергії є електричний вугор. В даний час вчені використовують цих «високовольтних створінь» як зразок для перспективного нового самозаряджуваного пристрою, який зможе постачати енергією такі речі, як кардіостимулятори, протези і навіть контактні лінзи доповненої реальності.

Електричні вугри створюють напругу подовжені скупчення тонких клітин, що проходять через все тіло. Елементи, що називаються електроцитами, створюють електрику шляхом одночасного руху іонів натрію в одну сторону і іонів калію в іншу. Напруга, що створюється кожною окремою клітиною ланцюжка не висока, але разом, скупчені в тілі одного вугра, вони можуть видавати до 600 вольт напруги.

З метою відтворення цього ефекту дослідники з Фрібурзького, Університету і Каліфорнійського (Сан-Дієго) університетів звернули увагу на різницю в солоності прісної і морської води. Вони розмістили гідрогель, іонопровідні краплі, на прозорі пластикові листи і розділили їх іоноселективними мембранами.

Сотні крапель, деякі солоної води, деякі – прісної, були розташовані чергуючись між собою. Коли розробникам такої схеми вдалося з’єднати всі елементи один з одним, вдалось витягти напругу 100 вольт. Цей процес відомий як зворотний електродіаліз. Електрична напруга з’являється через різну концентрацію солі у воді.

Вугор за допомогою медіатора (ацетилхолінома) забезпечує одночасний контакт всіх електроцитів. Команда розробників досягла такого ефекту використовуючи спеціальну схему складання пластикового листа на зразок орігамі. Коли на лист чинився тиск, він швидко складався і нанесені на нього елементи опинялись в потрібних місцях, щоб створити потрібний ефект.

Элементы питания в органах человека

Прилад, який був названий розробниками «штучним електричним органом», не володіє такою високою напругою, яку здатний виробляти вугор. Однак у дослідників є ідеї, як збільшити ефективність своєї розробки. Мова йде про метаболічну енергію, що створюється в шлунку вугра, про механічну м’язову енергію і деякі інші можливості, відтворення яких становить сьогодні велику складність.

«Електричні органи вугрів неймовірно складні. Вони здатні виробляти набагато більше енергії, ніж людина, – говорить один з авторів дослідження. – Але для нас важливо відтворити хоча б основи процесу».

Незважаючи на те, що гнучкі і прозорі батареї вже розроблялись раніше (як для хімічних джерел енергії, так і фотоелементів), в своїй більшості вони не є біосумісними. Творці «електроорганів» сподіваються, що якщо на основі технології їх вдасться отримати стабільно працюючий девайс, то вже в найближчому майбутньому він може стати елементом живлення для медичних імплантатів і різного виду носимої електроніки.

Дослідження було опубліковане в журналі Nature.

Джерело

LEU
LEU

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: