Мягкие клетки сделаны из гидрогеля и соли, и они формируют первый потенциально биологически совместимый искусственный электрический орган, который производит больше чем 100 В. Это производит устойчивый гул электричества в высоком напряжении, но низком токе, немного как струя воды с высоким давлением, но чрезвычайно низкого объема. Возможно, достаточно привести маленькое медицинское устройство в действие как кардиостимулятор.В то время как технология предварительна, Майкл Майер, преподаватель биофизики в Институте Адольфа Меркля Университета Фрибура в Швейцарии и соответствующего автора на бумаге об устройстве, полагает, что это может однажды быть полезно для включения вживляемых или носимых устройств без токсичности, большой части или частой перезарядки, которые идут с батареями. Далее в будущем это могло даже привести к биоэлектрическим системам, которые могли произвести электричество от естественных процессов в теле.
Устройство не может помочь электрическому угрю, который может накачать намного больше власти в кратковременных вспышках, чтобы убить добычу или защитить себя. Но исследователи говорят, что они сделали важный первый шаг который достижения фундаментальное понимание источников мягкой силы. Команда включает исследователей из Мичиганского университета, Института Адольфа Меркля в Университете Фрибура и Калифорнийского-университета-Сан-Диего. Работа детализирована в исследовании, опубликованном в выпуске 14 декабря Природы.
«Угорь поляризует и деполяризует тысячи клеток мгновенно, чтобы произвести эти высокие напряжения», сказал соавтор исследования Макс Штейн, адъюнкт-профессор U-M материаловедения и разработки. «Это – захватывающая система, чтобы посмотреть на с технической точки зрения – ее исполнительные метрики, ее фундаментальные стандартные блоки и как использовать их».Одна тайна к успеху угря – явление, названное трансмембранным транспортом.
Специализированные электрические органы содержат тысячи переменных отделений, каждого с избытком или ионов калия или натрия. Отделения отделены отборными мембранами, которые, в состоянии отдыха угря, разделяют эти два иона. Когда угорь должен создать толчок электричества, мембраны позволяют ионам течь вместе. Это создает взрыв власти.
Исследователи построили аналогичную систему, хотя вместо натрия и калия, они использовали натрий и хлорид, которые естественно объединены в общей столовой соли, растворенной в основанном на воде гидрогеле. Используя специализированный принтер в Институте Адольфа Меркля, они напечатали тысячи крошечных капелек соленого геля на пластмассовом листе, чередовав их с капельками гидрогеля чистой воды. Переменные капельки подобны отделениям угря.
Затем, команда должна была подражать отборной мембране угря, которая разделяет отделения. Они использовали второй лист переменных капелек, этот сделал из отборного обвинением гидрогеля. Каждая капелька позволяет или положительно заряженному натрию или отрицательно заряженному хлориду проходить, исключая другой.
Чтобы произвести энергию, два листа прижаты друг к другу, соединив солончак и пресноводные капельки через отборные обвинением капельки последовательно. Поскольку соленые и новые решения смешиваются, отборные обвинением капельки перемещают ионы натрия и хлорида в противостоящих направлениях, производя электрический ток.
Исследователи взяли одну заключительную уловку от угря: его тысячи отделений могут перетасовать ионы мгновенно, произведя скоординированный толчок как раз в то самое время, когда он необходим. Исследователи должны были сделать что-то похожее со своими тысячами переменных клеток, объединив их всех в точно правильном порядке, одновременно.Shtein, наряду с аспирантами Анирвэном Гухой из Института Адольфа Меркля и Томасом Шредером и Аароном Лэмуреуксом U-M, решил проблему с методом оригами, названным сгибом Миуры.
Изобретенный японским астрофизиком, сгиб Миуры часто используется, чтобы свернуть солнечные батареи в спутники в запуске, затем распаковать их в большие листы, как только они находятся в космосе.Они использовали идею наоборот, чередуя все четыре типа капельки в точном образце на плоском листе, который был выигран за лазер в образце Миуры. Когда давление было оказано, лист, быстро свернутый вместе, сложив клетки в точно правильных положениях.
«Электрические органы у угрей невероятно сложны; они намного лучше в производстве энергии, чем мы», сказал Майер. «Но важная вещь для нас состояла в том, чтобы копировать основы того, что происходит».Команда работает, чтобы повысить эффективность устройства.Видео: https://www.youtube.com/watch? time_continue=45&v=5tSDPQrgTWM