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细胞为机器人供能?意大利科学家实现突破 [复制链接]

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离线天の川
 


据《连线》杂志报道,科学家正在研究用细胞给电子元件供电。意大利佩鲁贾大学工作的Luigi Catacuzzeno用一根长而细的针刺穿青蛙卵。?他仔细通过显微镜盯着它,然后转动一个机器的旋钮,向前推动一小部分微米针。?随后,他巧妙地刺破柔软的卵的膜,将其连接到一个类似于电池的电子元件。

这一系列不寻常的操作是Catacuzzeno在研究从生物细胞中获取能量来为微型电子设备供电所做的实验。这每一个青蛙卵都是单个细胞。当然,卵细胞是细胞中体积非常大的,往往可以达到针头的大小。在意大利佩鲁贾大学工作的Catacuzzeno表示:“每个细胞就像一个电池一样”。?细胞通过将电解质如钾和钠离子移入和移出细胞膜来储存和转移电荷。他说:“通常,细胞的能量被用于维持正常的生理功能,比如神经元利用这种能量发出信号,肌肉利用能量收缩。”与锂电池不同,细胞可以自己补充能量,自己利用食物中含有的化学能给自己充电。比如你在锻炼后喝的佳得乐就有助于加强在你的身体的细胞中运行微小电流的强度。

Catacuzzeno的团队最近表示,他们可以从青蛙蛋中取得一些电力来给电容器充电,然后利用储存的电能产生无线电信号。更准确地讲,他们用一个鸡蛋的能理为一个小型对讲机供电。?他们撰写的相关论文已经登录在arXiv网站上,但仍在等待同行评审的结果。

所有这一切实验的目的在于最终设计出可以在人体内部运行的微型机器人和其他医疗设备,并完全实现在人体内部充电,而不再依赖于外部电源供能。?借助Catacuzzeno团队从鸡蛋中获取能量的技术,下一代植入静脉的传感器可以测量您的血糖,下一代内窥镜也可以在拍摄您的肠道的同时释放药物。?这些设备会定期进入您身体自身的细胞中加油,给自己充电。?Catacuzzeno在这个项目上的合作者,意大利佩鲁贾大学的物理学家Luca Gammaitoni说:“这是我们可以用来建造非常小的机器的新方向,这些机器如果要在生物体内自主运行,必须解决利用人体供电的技术难关”。

与日常电子产品相比,单个鸡蛋产生的功率很小。?研究人员得到的鸡蛋产生1.1纳瓦的功率,这意味着你需要超过一千万只青蛙卵才能点亮一颗LED。?在将电容器充电约13分钟后,其储存的能量相当于16纳安时。?按照这个速度,将需要超过1亿只青蛙蛋来匹配单个AA电池中储存的能量。

但细胞的供电规模对于无线传感器来说是足够的,犹他大学的机械工程师Shad Roundy虽然没有直接参与这项工作,但是他表示,每隔13分钟发射一次无线信号的话,你不需要很多电量就可以完成了。然后微型机器人的电池可以从另一个细胞中充电,并在13分钟后进行下一次传输。?这种充电周期足以满足许多类型的医疗传感器。Roundy说:“要知道,糖尿病患者现在每天要多次刺破他们的手指来获取血糖读数,如果你能每30分钟自动获得一次葡萄糖更新,而不需要刺破手指,那将是一个巨大的进步。”

Roundy说,更大的问题是电容器的小型化。?现在,电容器太大而无法在人体内操作。?与此同时,在动物或人体内为电容器充电也需要比Catacuzzeno在显微镜下进行操作更复杂的技术。科学家们还必须确保这些微型电子产品与生物相容,人体往往会对外来物质产生排异反应。Gammaitoni说,好消息是机器人从细胞中收获的能量对人体来说可以忽略不计。?在人体的这里和那里偷取几纳米瓦的能量应该不会影响一个人的健康。?他说:“每天人体有大量细胞死亡,每隔几分钟就会在我们体内再生,从统计数据来看,这不是对身体本身有害的东西。”

该团队接下来打算尝试从大鼠肌肉细胞中提取能量。?Gammaitoni说:“我们希望验证许多细胞都可以用这种方法提取能量”。此外,研发从肌肉细胞收集电力的技术将扩大传感器的应用范围,因为肌肉细胞遍布人体的各个部位。
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