电鳗放电的秘密可以为各种装置提供电力

电鳗放电的秘密可以为各种装置提供电力

最新的研究成果可以用来为生物医学植入体提供电力

埃瑞克.布兰德（Eric Bland）

更新时间：美国东部时间，2008年10月21日下午4:46

耶鲁大学和美国国家标准和技术研究机构（National Institute of Standards and Technology，缩写：NIST）研究人员表示，可以设计与电鳗用来电击敌人和猎物的电池一样的生物电池，为植入到人体内的生物医学装置提供电力。

“我们现在掌握了天然电鳗电池的工作原理，”NIST的戴维德.拉万（David LaVan）声称。“现在，我们可以考虑如何能够利用这些电池为医学装置提供电力了。”

天然的电鳗电池通过八个不同通路和泵结构，产生和释放电压超过五百伏的电脉冲。

通过不断把带正电荷的钾离子和钠离子压出电池，电池内负电荷数量就会增加。打开某些通路，电池就会大量释放电子，产生电流电晕电鳗的攻击目标。

科学家借助计算机模型，通过对这八个泵结构和通路进行不同的组合来做试验。有四个泵结构和通路的电池比较容易制造，但其把糖转换成电能的效率仅为百分之四左右。

令人惊奇的是，在减少一个泵结构（拉万称其为“进化的多余物”），调整其他泵结构和通路的比值后，科学家设计出了一个功率大、能效也高的电池。

“就有点像拥有了一部在燃油效率方面表现也世界最佳的法拉利跑车，”拉万表示。在把糖转换为电能的效率方面，天然电鳗电池为百分之十四，而他们设计的电池为百分之十九。

这些泵结构和通路跟每个人体细胞一样使用了同一种燃料：三磷酸腺苷，或ATP。剥除一个磷酸基提高细胞活性，在这一过程中，ATP转变成了二磷酸腺苷，或ADP。糖可以帮助把ADP变回成ATP。

科学家将采取措施，让身体内自然生成的糖进到植入体内的发电装置。每个单独的电池会产生估计为150毫伏的电压。

如果把这些电池串联起来，夹入绝缘材料之间，四毫米大小的电池组就能产生三伏的电压，足以为像视网膜植入体这样的装置提供电力。一节普通电视遥控器电池产生的电压为1.5伏。

作为一种资源，糖非常丰富。而太阳光则更加丰富。最终，研究人员打算用光合作用—植物利用这一过程把太阳光转换成糖—代替人类身体来提供糖。

“确实存在这些（植物用来进行光合作用的）装置，但我们还得坐下来对它们进行改造，”拉万表示。“这仍然是个未解决的问题。”

另一个未解决的问题是：是否能够真正制造出这些电池，到目前为止，功率强而能效高的细胞发电装置还只出现在虚拟世界。

实际上，可以用两种方式来建造这些电池，戴维斯加州大学的科学家阿图尔.帕瑞克豪（Atul Parikh）表示。

一种方法从上到下—本质上就是饲养活的电鳗，提取它们身上的电池，并对其重组，来为植入人体的装置提供电力。

另一种方式是从下到上地设计电池，让它们逐渐成长为事先设计的结构。从下到上的方法很可能比较困难，但能更为有效地产生电能，帕瑞克豪表示。

帕瑞克豪指出，不管是采用什么方法进行制造，这些电池不仅能用于为（植入体内的）生物医学装置提供电力，还能为体外装置提供能源。

他表示：“这可能是令太阳电池板更为有效或让我们更接近氢经济的一个新方法。”如果一切顺利，几年内就可以开发出基本原型，短短的五年后，就可以把真正的装置植入人体。

帕瑞克豪表示：“其现实意义十分巨大，生物电池的想法非常现实。”

【本文翻译仅为外语学习及阅读目的，原文作者个人观点与译者及译言网无关】