Биобатарею, созданную по примеру электрического угря, можно будет вживлять в тело человека - «Технологии»

Наука находится в постоянном поиске более безопасных, экологически чистых способов управления приборами, которые используются внутри нашего тела. В конце концов, кому действительно нужны токсичные элементы электропитания или имплантаты? Один из живых организмов обладающих хорошей способностью производства биосовместимой (как минимум для себя) энергии является электрический угорь. В настоящее время ученые используют этих «высоковольтных созданий» как образец для перспективного нового самозаряжаемого устройства, который сможет снабжать энергией такие вещи, как кардиостимуляторы, протезы и даже контактные линзы дополненной реальности.

Электрические угри создают напряжение через проходящие через все их тело удлинённые скопления тонких клеток. Называемые электроцитами, эти элементы создают электричество путем одновременного движения ионов натрия в одну сторону и ионов калия в другую. Напряжение, создаваемое каждой отдельной клетки цепочки не высоко, но вместе скопления в теле одного угря они могут выдавать до 600 вольт напряжения.

С целью воспроизводства этого эффекта исследователи из Фрибурского, Мичиганского и Калифорнийского (в Сан-Диего) университетов обратили внимание на разницу в солености пресной и морской воды. Они разместили гидрогель, ионопроводящие капли, на прозрачные пластиковые листы и разделили их ионоселективными мембранами.

Сотни капель, некоторые соленой воды, некоторые – пресной, были расположены чередуясь между собой. Когда разработчикам такой схемы удалось соединить все элементы друг с другом, получилось извлечь напряжение в 100 вольт. Этот процесс известен как обратный электродиализ. Электрическое напряжение появляется из-за различной концентрации соли в воде.

Угорь при помощи медиатора, называемого ацетилхолином, обеспечивает одновременный контакт всех электроцитов. Команда разработчиков же достигла подобного эффекта используя специальную схему складывания пластикового листа наподобие оригами. Когда на лист оказывалось давление, он быстро складывался и нанесенные на него элементы оказывались в нужных местах, чтобы создать нужный эффект.

Прибор, который был назван разработчиками «искусственным электрическим органом», не обладает таким высоким напряжением, какое способен производить угорь. Однако у исследователей есть идеи, как увеличить эффективность своей разработки. Речь идет о метаболической энергии, создаваемой в желудке угря, о механической мышечной энергии и некоторых других возможностях, воспроизведение которых представляет сегодня большую сложность.

«Электрические органы угрей невероятно сложны. Они способны производить гораздо больше энергии, чем человек, - говорит один из авторов исследования. - Но для нас важно воспроизвести хотя бы основы протекающего процесса».

Несмотря на то, что гибкие и прозрачные батареи уже разрабатывались ранее (как химических источников энергии, так и фотоэлементов), в своем большинстве они не являются биосовместимыми. Создатели «электроорганов» надеются, что если на основе их технологии удастся получить стабильно работающий девайс, то уже в ближайшем будущем он может стать элементом питания для медицинских имплантатов и разного рода носимой электроники.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Читайте также: Разработаны гибкие фотоэлементы, которые можно стирать в воде, растягивать и сжимать

Источник: ns.umich.edu