Cá chình điện - cảm hứng tạo pin hydrogel tương thích sinh học

Các nhà nghiên cứu ở Thụy Sĩ và Hoa Kỳ lấy cảm hứng từ lươn điện (còn gọi là cá chình điện) để tạo ra một pin hydrogel tương thích sinh học có thể phát điện bên trong cơ thể.

Trước giờ, lươn điện kết hợp ion kali và natri trong màng tế bào để làm vũ khí phóng điện tự vệ. Bắt chước hệ thống đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng thành phần natri và clorua của muối, hòa tan trong hydrogel.

Sau đó, hàng ngàn giọt gel mặn đã được in trên một tấm nhựa, xen kẽ với các giọt hydrogel của nước tinh khiết. Nhóm nghiên cứu sau đó đã tạo ra một tấm thứ hai các giọt xen kẽ được làm bằng Hydrogel chọn lọc.

Mỗi giọt cho phép một trong hai tích điện tích natri hoặc tích điện âm chloride đi qua.

Khi các tấm được ép cùng nhau, các dung dịch mặn kết hợp, các giọt chiết xuất sẽ làm cho ion natri và clorua trong các hướng đối nghịch và tạo ra dòng điện.

Lươn điện kết hợp ion kali và natri trong màng tế bào để làm vũ khí phóng điện tự vệ.

Nghiên cứu này được xuất bản trong tạp chí Nature, nó là thí nghiệm mới của các nhà khoa học và kỹ sư đến từ Đại học Michigan, Viện Adolphe Merkle tại Đại học Fribourg của Thụy Sĩ và Đại học California-San Diego.

Đồng tác giả của nghiên cứu, Max Shtein, phó giáo sư về khoa học và kỹ thuật vật liệu ở Michigan, cho biết: "Lươn điện đã phân cực và khử cực hàng ngàn tế bào ngay lập tức để ngăn ngừa những dòng điện thế cao này. Đó là một hệ thống hấp dẫn để nhìn từ khía cạnh kỹ thuật - các chỉ số hiệu suất, khối xây dựng cơ bản của cá chình và cách nó vận hành khả năng trên".

Một thách thức đó là phải làm thế nào để sắp xếp đặc biệt các tế bào xen kẽ theo trật tự chính xác để chúng tạo ra một dòng điện khi kết hợp cùng một lúc.

Nhóm nghiên cứu đã giải quyết vấn đề này bằng kỹ thuật origami gọi là Miura, thường được sử dụng để gắn các tấm pin mặt trời vào vệ tinh để phóng. Các loại giọt khác nhau được xen kẽ theo một khuôn mẫu chính xác trên một tấm phẳng đã được ghi nhận theo dõi bằng laze bằng mô hình Miura. Khi áp lực được áp dụng, tấm nhanh gấp lại với nhau, xếp các ô đúng vị trí chính xác.

Theo các nhà nghiên cứu, mục tiêu bây giờ là nâng cao hiệu quả của thiết bị mới này, và một ngày nào đó có thể sử dụng nó để cấp điện cho thiết bị điện tử có thể cấy ghép hoặc đeo được. Cũng có một niềm tin rằng pin hydrogel có thể được cung cấp năng lượng bằng cách sử dụng các quy trình điện sinh học của cơ thể, giống như lươn điện. Nhưng trong khi một con lươn điện có thể cung cấp đến 600 volt, hệ thống hydrogel sẽ ít hơn rất nhiều.

"Các cơ quan điện ở lươn điện cực kì tinh vi; chúng tốt hơn nhiều so với năng lượng mà thiết bị này chúng tôi tạo ra", Michael Mayer, giáo sư sinh lý học tại Viện Adolphe Merkle của Fribourg nói. "Nhưng điều quan trọng đối với chúng tôi là tìm ra những nguyên lý căn bản về những gì đang xảy ra".