前沿 - 受电鳗启发制成“液滴电池” 未来或为医疗带来革命性创新
在现代医学和生物科学领域，科学家们经常需要使用生物集成设备来操纵和研究微小的生物系统。这些设备可能用于激活细胞、模拟组织反应，或者在生物医学研究中执行其他重要任务。这些设备通常需要电源来运行，而在微尺度上，为它们提供足够的电力一直是一个挑战。传统的方法包括使用电池供电或通过无线能量传输技术，但是这些方法并不总是适用于微尺度的生物集成设备，因为它们可能太大或太不灵活，无法满足生物相容性的要求。因此，科学家们一直在寻找创新的解决方案，以满足微型生物电源的需求。电鳗是一种生活在亚马逊河流域的神秘生物，以其能够发电的特殊能力而闻名。它们利用电气器官在水中生成电压，不仅用于自我防御，还用于捕食和定位。这个生物学的奇迹引发了科学家们的好奇心，他们开始思考是否可以借鉴电鳗的电气能量生成机制，为微型生物电源的开发提供新的思路。一项最新的研究，受电鳗鱼的启发，为解决这一问题提供了新的希望。这项研究使用了一种特殊的纳米升水凝胶液滴，其中包含离子梯度，以产生用于生物刺激的离子电流。这种液滴被嵌入到一个脂质支持网络中，形成了一种小型化软电源。与之前的设计相比，这种方法将动力装置的体积缩小了超过100倍，并且能够储存超过24小时的能量。这意味着这种小型化软电源可以按需操作，并且具有极高的功率密度，达到每立方米1300瓦。这种微型电源的核心是纳米升水凝胶液滴。这些液滴内部包含了特殊的离子梯度，类似于电鳗体内的电气器官。当需要产生电流时，液滴中的离子会通过脂质支持网络传递，并产生电流。这种电流可以用于刺激生物组织，如神经元网络，从而实现精确的生物干预。这项研究的应用前景非常广泛。首先，这种小型化软电源具有生物相容性，可以用于调节神经微组织和离体小鼠大脑切片中的神经元网络活动。这为神经科学家提供了一个强大的工具，以更深入地研究神经系统的功能和疾病。其次，这种技术还具有潜力用于生物医学应用。例如，它可以用于刺激组织修复，治疗神经退行性疾病，或者作为药物输送系统的一部分。由于其微型化和生物相容性，它可以被引入人体内，为医疗领域带来革命性的变革。这项研究的最终目标是将这种软微型离子电子设备集成到活生物体内。这将为生物学家和医学研究人员提供一个前所未有的工具，用于实时监测和调节生物系统，以解决各种健康问题。相关研究领域的研究人员接受采访时表示，来自牛津大学的这一创新研究成果展示了科学家们不断努力寻找解决方案，以满足微型生物电源需求的决心。通过受到自然界中电气生物的启发，他们为未来的生物医学和生物科学研究打开了新的道路，为微型生物集成设备提供了更加紧凑、高效和生物相容的电源选项。这将有望推动生物科学领域的进一步发展，帮助我们更好地理解和操纵生物系统，最终为人类健康带来更多的希望和机会。（SamKakeru）
来源：“科协之声”微信公众号
页面更新：2024-03-20
标签：电鳗 升水 相容性 革命性 电流 启发 离子 电池 电源 电气 生物 未来 组织 医疗 设备
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