9月5日消息，據(jù)《連線》雜志報(bào)道，科學(xué)家正在研究用細(xì)胞給電子元件供電。意大利佩魯賈大學(xué)工作的luigi catacuzzeno用一根長(zhǎng)而細(xì)的針刺穿青蛙卵。他仔細(xì)通過(guò)顯微鏡盯著它，然后轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)機(jī)器的旋鈕，向前推動(dòng)一小部分微米針。隨后，他巧妙地刺破柔軟的卵的膜，將其連接到一個(gè)類似于電池的電子元件。
細(xì)胞為機(jī)器人供能？意大利科學(xué)家實(shí)現(xiàn)突破
這一系列不尋常的操作是catacuzzeno在研究從生物細(xì)胞中獲取能量來(lái)為微型電子設(shè)備供電所做的實(shí)驗(yàn)。這每一個(gè)青蛙卵都是單個(gè)細(xì)胞，當(dāng)然，卵細(xì)胞是細(xì)胞中體積非常大的，往往可以達(dá)到針頭的大小。在意大利佩魯賈大學(xué)工作的catacuzzeno表示：“每個(gè)細(xì)胞就像一個(gè)電池一樣”。細(xì)胞通過(guò)將電解質(zhì)如鉀和鈉離子移入和移出細(xì)胞膜來(lái)儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移電荷。他說(shuō)：“通常，細(xì)胞的能量被用于維持正常的生理功能，比如神經(jīng)元利用這種能量發(fā)出信號(hào)，肌肉利用能量收縮。”與鋰電池不同，細(xì)胞可以自己補(bǔ)充能量，自己利用食物中含有的化學(xué)能給自己充電。比如你在鍛煉后喝的佳得樂(lè)就有助于加強(qiáng)在你的身體的細(xì)胞中運(yùn)行微小電流的強(qiáng)度。
catacuzzeno的團(tuán)隊(duì)近表示，他們可以從青蛙蛋中取得一些電力來(lái)給電容器充電，然后利用儲(chǔ)存的電能產(chǎn)生無(wú)線電信號(hào)。更準(zhǔn)確地講，他們用一個(gè)雞蛋的能理為一個(gè)小型對(duì)講機(jī)供電。他們撰寫的相關(guān)論文已經(jīng)登錄在arxiv網(wǎng)站上，但仍在等待同行評(píng)審的結(jié)果。
所有這一切實(shí)驗(yàn)的目的在于終設(shè)計(jì)出可以在人體內(nèi)部運(yùn)行的微型機(jī)器人和其他醫(yī)療設(shè)備，并完全實(shí)現(xiàn)在人體內(nèi)部充電，而不再依賴于外部電源供能。借助catacuzzeno團(tuán)隊(duì)從雞蛋中獲取能量的技術(shù)，下一代植入靜脈的傳感器可以測(cè)量您的血糖，下一代內(nèi)窺鏡也可以在拍攝您的腸道的同時(shí)釋放藥物。這些設(shè)備會(huì)定期進(jìn)入您身體自身的細(xì)胞中加油，給自己充電。catacuzzeno在這個(gè)項(xiàng)目上的合作者，意大利佩魯賈大學(xué)的物理學(xué)家luca gammaitoni說(shuō)：“這是我們可以用來(lái)建造非常小的機(jī)器的新方向，這些機(jī)器如果要在生物體內(nèi)自主運(yùn)行，必須解決利用人體供電的技術(shù)難關(guān)”。
與日常電子產(chǎn)品相比，單個(gè)雞蛋產(chǎn)生的功率很小。研究人員得到的雞蛋產(chǎn)生1.1納瓦的功率，這意味著你需要超過(guò)一千萬(wàn)只青蛙卵才能點(diǎn)亮一顆led。在將電容器充電約13分鐘后，其儲(chǔ)存的能量相當(dāng)于16納安時(shí)。按照這個(gè)速度，將需要超過(guò)1億只青蛙蛋來(lái)匹配單個(gè)aa電池中儲(chǔ)存的能量。
但細(xì)胞的供電規(guī)模對(duì)于無(wú)線傳感器來(lái)說(shuō)是足夠的，猶他大學(xué)的機(jī)械工程師shad roundy雖然沒(méi)有直接參與這項(xiàng)工作，但是他表示，每隔13分鐘發(fā)射一次無(wú)線信號(hào)的話，你不需要很多電量就可以完成了。然后微型機(jī)器人的電池可以從另一個(gè)細(xì)胞中充電，并在13分鐘后進(jìn)行下一次傳輸。這種充電周期足以滿足許多類型的醫(yī)療傳感器。roundy說(shuō)：“要知道，糖尿病患者現(xiàn)在每天要多次刺破他們的手指來(lái)獲取血糖讀數(shù)，如果你能每30分鐘自動(dòng)獲得一次葡萄糖更新，而不需要刺破手指，那將是一個(gè)巨大的進(jìn)步。”
roundy說(shuō)，更大的問(wèn)題是電容器的小型化?，F(xiàn)在，電容器太大而無(wú)法在人體內(nèi)操作。與此同時(shí)，在動(dòng)物或人體內(nèi)為電容器充電也需要比catacuzzeno在顯微鏡下進(jìn)行操作更復(fù)雜的技術(shù)?？茖W(xué)家們還必須確保這些微型電子產(chǎn)品與生物相容，人體往往會(huì)對(duì)外來(lái)物質(zhì)產(chǎn)生排異反應(yīng)。gammaitoni說(shuō)，好消息是機(jī)器人從細(xì)胞中收獲的能量對(duì)人體來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)。在人體的這里和那里偷取幾納米瓦的能量應(yīng)該不會(huì)影響一個(gè)人的健康。他說(shuō)：“每天人體有大量細(xì)胞死亡，每隔幾分鐘就會(huì)在我們體內(nèi)再生，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，這不是對(duì)身體本身有害的東西。”
該團(tuán)隊(duì)接下來(lái)打算嘗試從大鼠肌肉細(xì)胞中提取能量。gammaitoni說(shuō)：“我們希望驗(yàn)證許多細(xì)胞都可以用這種方法提取能量”。此外，研發(fā)從肌肉細(xì)胞收集電力的技術(shù)將擴(kuò)大傳感器的應(yīng)用范圍，因?yàn)榧∪饧?xì)胞遍布人體的各個(gè)部位。
(原標(biāo)題：細(xì)胞為機(jī)器人供能？意大利科學(xué)家實(shí)現(xiàn)突破)