Elektriske ål, der glider langs den mudrede bunden af damme og vandløb i Amazonas og Orinoco vandløb i Sydamerika, kan forårsage et chok, der er kraftigt nok til at banke en hest af fødderne. Deres magt kommer fra celler, der kaldes elektrocytter, der udledes, når ålen jager eller føler sig truet.
Nu tager forskere inspiration fra disse ål (ikke teknisk ål, som en kendsgerning, men en type fisk) til at udvikle nye kraftkilder, der en dag kan drive elektriske apparater i menneskekroppen, såsom pacemakere, sensorer og proteser organer.
Elektriske ål kan synkronisere opladning og udladning af tusinder af celler i deres kroppe samtidig, siger Max Shtein, en materialevidenskabsmand ved University of Michigan, der arbejdede med forskningen.
”Hvis du overvejer at gøre det meget hurtigt - [i en] brøkdel af et sekund - for tusinder af celler på samme tid, er det et temmelig smart ledningsforhold, ” siger han.
Elektrocytterne i en elektrisk ål er store og flade med hundreder stablet sammen vandret. På grund af den måde, de er stablet på, giver cellernes små individuelle spændinger et betydeligt kick. Dette er muligt, fordi det omgivende væv isolerer elektrocytterne, så spændingen flyder frem til vandet foran fisken - bedøvelse eller dræbende bytte eller trusler - og derefter strømmer tilbage for at skabe et komplet kredsløb.
Et team ledet af Steins samarbejdspartner Michael Meyer ved Universitetet i Fribourg forsøgte at kopiere ålens fysiologi ved at skabe ca. 2.500 enheder lavet af natrium og klorid opløst i vandbaserede hydrogeler. De udskrev rækker med små, flerfarvede knapper af hydrogeler på lange lag plastik, og skiftede de salte hydrogeler med dem, der var lavet lige med vand. De udskrev derefter et andet ark med ladningsselektive hydrogeler, der hver især lod positivt ladet natrium eller negativt ladede kloridgeler passere igennem. Da arkene blev foldet ved hjælp af en speciel origamiteknik, rørte de skiftende geler og genererede elektricitet. Systemet genererede 110 volt - et anstændigt stød, men langt mindre end strømforsyningen fra en ål, der har tyndere celler med lavere modstand.
Opladning-selektive hydrogeler oven på et ark saltvand (rød) og ferskvand (blå) hydrogeler (University of Michigan) Holdet, der også omfattede forskere fra University of Fribourg og University of California, San Diego, skrev om deres prototype i tidsskriftet Nature forrige måned.
Hydrogel-systemet er blødt og fleksibelt, hvilket kan gøre det til en potentielt god strømkilde til blødgørede robotter, hvis bevægelser vil blive hindret af hårde batterier. Det er også frit for de potentielt giftige ingredienser i traditionelle batterier, såsom bly. Og da systemet er lavet af kunstige komponenter snarere end biologisk væv, har det et lavt potentiale for immunafstødning.
Forskerne håber, at de kan styrke systemets styrke ved at gøre hydrogelmembranerne tyndere. De håber også at efterligne ålens evne til at bruge sine egne kropsvæsker for at opretholde forskelle i elektrolytkoncentration mellem elektrocytter. Dette kunne gøre det muligt at permanent tænde en implanteret enhed uden ekstern input.
"Det fine med elektriske ålbio-batterier er, at de principper, de arbejder med, er enkle, og at de ladede partikler, der bevæger sig for at generere strøm, er let tilgængelige - i det væsentlige bare ioner i opløsning som i bordsalt - der forekommer naturligt i vores kroppe, " siger Harold Zakon, professor i neurovidenskab ved University of Texas i Austin, der studerer elektriske ål. "Da elektriske organceller oplades ved at bevæge ioner over cellemembraner, ville de aldrig være nødt til at tilsluttes væggen eller en ekstern strømkilde, men vil stole på kroppens egen energi for at holde dem opladet."
