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【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】9月5日消息，據(jù)《連線》雜志報道，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用一根長而細(xì)的針刺穿青蛙卵。他仔細(xì)通過顯微鏡盯著它，然后轉(zhuǎn)動一個機器的旋鈕，向前推動一小部分微米針。隨后，他巧妙地刺破柔軟的卵的膜，將其連接到一個類似于電池的電子元件。
細(xì)胞為機器人供能？意大利科學(xué)家實現(xiàn)突破
這一系列不尋常的操作是Catacuzzeno在研究從生物細(xì)胞中獲取能量來為微型電子設(shè)備供電所做的實驗。這每一個青蛙卵都是單個細(xì)胞，當(dāng)然，卵細(xì)胞是細(xì)胞中體積非常大的，往往可以達到針頭的大小。在意大利佩魯賈大學(xué)工作的Catacuzzeno表示：“每個細(xì)胞就像一個電池一樣”。細(xì)胞通過將電解質(zhì)如鉀和鈉離子移入和移出細(xì)胞膜來儲存和轉(zhuǎn)移電荷。他說：“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，肌肉利用能量收縮。”與鋰電池不同，細(xì)胞可以自己補充能量，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就有助于加強在你的身體的細(xì)胞中運行微小電流的強度。
Catacuzzeno的團隊近表示，他們可以從青蛙蛋中取得一些電力來給電容器充電，然后利用儲存的電能產(chǎn)生無線電信號。更準(zhǔn)確地講，他們用一個雞蛋的能理為一個小型對講機供電。他們撰寫的相關(guān)論文已經(jīng)登錄在arXiv網(wǎng)站上，但仍在等待同行評審的結(jié)果。
所有這一切實驗的目的在于終設(shè)計出可以在人體內(nèi)部運行的微型機器人和其他醫(yī)療設(shè)備，并完全實現(xiàn)在人體內(nèi)部充電，而不再依賴于外部電源供能。借助Catacuzzeno團隊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釋放藥物。這些設(shè)備會定期進入您身體自身的細(xì)胞中加油，給自己充電。Catacuzzeno在這個項目上的合作者，意大利佩魯賈大學(xué)的物理學(xué)家Luca Gammaitoni說：“這是我們可以用來建造非常小的機器的新方向，這些機器如果要在生物體內(nèi)自主運行，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一千萬只青蛙卵才能點亮一顆LED。在將電容器充電約13分鐘后，其儲存的能量相當(dāng)于16納安時。按照這個速度，將需要超過1億只青蛙蛋來匹配單個AA電池中儲存的能量。
但細(xì)胞的供電規(guī)模對于無線傳感器來說是足夠的，猶他大學(xué)的機械工程師Shad Roundy雖然沒有直接參與這項工作，但是他表示，每隔13分鐘發(fā)射一次無線信號的話，你不需要很多電量就可以完成了。然后微型機器人的電池可以從另一個細(xì)胞中充電，并在13分鐘后進行下一次傳輸。這種充電周期足以滿足許多類型的醫(yī)療傳感器。Roundy說：“要知道，糖尿病患者現(xiàn)在每天要多次刺破他們的手指來獲取血糖讀數(shù)，如果你能每30分鐘自動獲得一次葡萄糖更新，而不需要刺破手指，那將是一個巨大的進步。”
Roundy說，更大的問題是電容器的小型化?，F(xiàn)在，電容器太大而無法在人體內(nèi)操作。與此同時，在動物或人體內(nèi)為電容器充電也需要比Catacuzzeno在顯微鏡下進行操作更復(fù)雜的技術(shù)。科學(xué)家們還必須確保這些微型電子產(chǎn)品與生物相容，人體往往會對外來物質(zhì)產(chǎn)生排異反應(yīng)。Gammaitoni說，好消息是機器人從細(xì)胞中收獲的能量對人體來說可以忽略不計。在人體的這里和那里偷取幾納米瓦的能量應(yīng)該不會影響一個人的健康。他說：“每天人體有大量細(xì)胞死亡，每隔幾分鐘就會在我們體內(nèi)再生，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，這不是對身體本身有害的東西。”
該團隊接下來打算嘗試從大鼠肌肉細(xì)胞中提取能量。Gammaitoni說：“我們希望驗證許多細(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)將擴大傳感器的應(yīng)用范圍，因為肌肉細(xì)胞遍布人體的各個部位。
(原標(biāo)題：細(xì)胞為機器人供能？意大利科學(xué)家實現(xiàn)突破)
浙公網(wǎng)安備 33010602000006號
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