首个人造“发电器官”问世

有望为人体植入设备供电

●创新点

一直以来，自然界都是人类的老师，生物经过长期的演化和自然选择，进化得比任何人类机械更为精良高效。2017年12月，瑞士阿道夫•梅克尔研究所、瑞士弗里堡大学及美国密歇根大学的研究人员，从电鳗的自身发电中找到灵感，模拟其发电细胞发明了世界上首个“发电器官”。

●方法和结果

在电鳗的身体后部平行堆叠生长有成千上万个发电细胞，每一个发电细胞就像一个小电池一样，串联成为一个电池组，在电鳗的头尾之间形成高压（头部正极、尾部负极），进而在体外形成足够大的电流来攻击天敌或猎物。为了制造出类似的发电细胞，研究人员用4种水凝胶作为主要原料，来模拟电鳗发电细胞的解剖结构：盐浓度高的水凝胶、阳离子选择凝胶、盐浓度低的水凝胶和阴离子选择凝胶。这4种水凝胶组合物形成“四聚体凝胶细胞”，依次构成离子导电通路，从而建立横跨数十至数千个选择性渗透隔室的电解质溶液梯度，形成类似于电鳗发电细胞堆叠的效果。研究人员使用了耐用且易于使用的部件，以及自动化、可扩展的制造工艺来制造这种具有潜在生物相容性的人造“发电器官”，它可以产生超过100伏的电位差。此外，研究人员使用可编程的流体分配器按顺序生成并定位一系列凝胶细胞，保证系统可以按编号同时激发或者顺序激发。

应用前景

这种灵活的“超级电源”不需要在体内安装传统的电池组，非硬质且不需要插入接通，有望在软体机器人、植入物（如心脏起搏器）及可穿戴设备上发挥巨大的潜能。未来，该联合研究团队希望通过减小凝胶厚度、降低电阻等方式提高该系统的发电效率。

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.