Elektrické úhoře, které klouzají po bahnitých dnech rybníků a potoků v povodí řeky Amazonky a Orinoco v Jižní Americe, mohou způsobit dostatečně silný šok, aby srazil koně z jeho nohou. Jejich síla pochází z buněk zvaných elektrolyty, které se vybíjejí, když úhoř loví nebo se cítí ohrožen.
Nyní se vědci inspirují těmito úhoři (ve skutečnosti ne technicky úhoři, ale typem ryb), aby vyvinuli nové zdroje energie, které by jednoho dne mohly napájet elektrická zařízení v lidském těle, jako jsou kardiostimulátory, senzory a protézy. orgány.
Elektrické úhoři mohou synchronizovat nabíjení a vybíjení tisíců buněk v jejich tělech současně, říká Max Shtein, vědec z materiálů na Michiganské univerzitě, který na výzkumu pracoval.
"Pokud o tom přemýšlíte velmi rychle - za zlomek vteřiny - na tisíce buněk současně, je to docela chytré schéma zapojení, " říká.
Elektrocyty elektrického úhoře jsou velké a ploché a stovky vodorovně naskládané dohromady. Vzhledem k tomu, jak jsou naskládány, malá jednotlivá napětí buněk přispívají k významnému kopu. To je možné, protože okolní tkáň izoluje elektrolyty, takže napětí teče dopředu do vody před rybou - omračující nebo zabíjející kořist nebo hrozby - poté teče zpět a vytváří kompletní obvod.
Tým vedený Shteinovým spolupracovníkem Michaelem Meyerem na University of Fribourg se pokusil zkopírovat fyziologii úhoře vytvořením asi 2 500 jednotek vyrobených ze sodíku a chloridu rozpuštěného v hydrogelech na vodní bázi. Vytiskli řady malých různobarevných knoflíků hydrogelů na dlouhých listech z plastu a střídali slané hydrogely s těmi, které byly vyrobeny pouze s vodou. Poté vytiskli druhý list hydrogelů selektivních na náboj, z nichž každý umožňoval průchod pozitivně nabitého sodíku nebo negativně nabitého chloridového gelu. Když byly listy složeny pomocí speciální techniky origami, střídavé gely se dotkly a vytvořily elektřinu. Systém generoval 110 voltů - slušný náraz, ale mnohem méně než energetický výkon úhoře, který má tenčí buňky s nižším odporem.
Hydrogely selektivní vůči náboji na horní straně listu slaných (červených) a sladkovodních (modrých) hydrogelů (University of Michigan) Tým, který také zahrnoval vědce z University of Fribourg a University of California, San Diego, napsal o svém prototypu v časopise Nature minulý měsíc.
Hydrogelový systém je měkký a flexibilní, což by z něj mohlo učinit potenciálně dobrý zdroj energie pro roboty s měkkým tělem, jejichž pohyb by byl narušován tvrdými bateriemi. Je také prostý potenciálně toxických složek tradičních baterií, jako je olovo. A protože systém je vyroben spíše z umělých komponent než z biologické tkáně, má nízký potenciál pro odmítnutí imunitního systému.
Vědci doufají, že mohou zvýšit sílu systému tím, že zředí hydrogelové membrány. Doufají také, že napodobují schopnost úhoře používat vlastní tělesné tekutiny k udržení rozdílů v koncentraci elektrolytů mezi elektrolyty. To by mohlo umožnit trvalé napájení implantovaného zařízení bez externího vstupu.
"Krása elektrických úhořových bio-baterií spočívá v tom, že principy, kterými pracují, jsou jednoduché a nabité částice, které se pohybují, aby vytvářely proud, jsou snadno dostupné - v podstatě jen ionty v roztoku jako ve stolní soli - které se přirozeně vyskytují v našich tělech, " říká Harold Zakon, profesor neurověd na texaské univerzitě v Austinu, který studuje elektrické úhoře. "Protože jsou buňky elektrických orgánů nabíjeny pohybem iontů přes buněčné membrány, nikdy by nemusely být zapojeny do zdi nebo do externího zdroje energie, ale na udržení jejich nabití by se spoléhaly na vlastní energii těla."
