Tout au long, la nature humaine est un grand maître, est venu de l'éternité des changements biologiques vicissitudes subi, l'évolution est plus sophistiquée que toute efficacité mécanique humaine. Et comme les enfants humains babillage constamment inspirer de la nature, la récolte et de grandir.
Maintenant, les scientifiques ont trouvé l'inspiration de la production d'énergie propre de l'anguille électrique, la production d'énergie cellulaire analogique a inventé le premier du monde " cheveux organe électrique " Cette « super-puissance » flexible pas besoin d'installer un pack de batterie classique in vivo, non rigide et ne nécessite pas l'insertion sur le robot logiciel dans le futur est probable, les implants (comme un stimulateur cardiaque) et dispositif portable sur le jeu un énorme potentiel.
Les chercheurs utilisent un des composants durables et faciles à utiliser, ainsi que des procédés de fabrication automatisés et évolutifs qui ont le potentiel de créer artificiel biocompatible « organe électrique » Il peut générer une différence de potentiel de plus de 100V.
L'étude de l'Institut d'Adolphe Merkele, Université de Fribourg, Suisse (Université de Fribourg) et les universités (Université du Michigan) chercheurs du Michigan ont terminé, les détails de la recherche pertinente publiée dans le magazine « Nature » du 13 Décembre.
Ainsi, ces livres de vulgarisation scientifique et de l'aquarium de l'anguille électrique étoiles biologique, exactement comment a suscité l'intérêt des chercheurs il?
anguille électrique (nom latin Gymnote de electricus), les poissons en forme de l'anguille d'anguille backless famille électrique Amérique du Sud, principalement distribués dans le bassin du fleuve Amazone en Amérique du Sud et de la Guyane, est un court fort pour pouvoir décharger célèbre pour les poissons d'eau douce, la tension de sortie jusqu'à 300-800 volts, assez pour frapper un grand animal mort.
Cet effet de puissance magique de l'anguille électrique des chercheurs inspirés autologues. Ainsi, ils ont conçu une fonction de génération d'organe artificiel selon trois caractéristiques de l'anguille électrique système de production d'énergie.
La première consiste à simuler les caractéristiques du premier système de génération d'énergie de l'anguille électrique, est aussi la plupart des éléments de base: la production d'énergie cellulaire . Elle est parallèle à ceux de la partie arrière de la production d'anguille corps empilé de la croissance cellulaire, pour réaliser des milliers série gradient ionique. Séparés par du tissu conjonctif entre la génération de milliers de cellules, et il y a beaucoup de nerfs à travers le système nerveux central. le film avant et le film arrière est électriquement isolée à partir des cellules en tant que membrane présentant une sélectivité d'ions, de sorte qu'il est possible d'accumuler le potentiel transmembranaire à travers la cellule.
Familièrement, dans le corps de l'anguille électrique, chaque cellule est comme une puissance peu de batterie (la tension de chaque cellule de production d'énergie est d'environ 0,15 volts), Beaucoup de ces petites piles (la cellule de production d'énergie) sont empilées ensemble en série en tant que bloc de batteries , À haute pression (tête d'électrode positive, une électrode négative de la queue), formant ainsi un courant suffisamment grand in vitro ou proie à des prédateurs attaque entre la tête et la queue de l'anguille électrique.
La figure Shu repos Cette figure montre comment l'électrode et l'électrode de décharge pour générer une différence de potentiel entre la décharge et: à l'état de repos, avant et après le potentiel de membrane annuler les uns des autres, au contraire, pendant l'impulsion, après la dépolarisation membranaire produira environ 150 mV du potentiel transversale cellulaire totale. Grand corps de l'anguille électrique empilé sur une (la série), des milliers de ces électrodes peut ainsi produire plus de 600V différence de potentiel. Empiler une pluralité d'agencement d'électrodes parallèles permet au courant de crête à proximité de 1A dans des conditions de court-circuit.
Afin de produire un cellules de production d'énergie similaires, les chercheurs ont utilisé quatre types d'hydrogel en tant que matière première principale, l'anguille électrique simulé structure anatomique des cellules de production d'énergie : High sélective aux cations de gel hydrogel, des concentrations de sel, la concentration faible teneur en sel et le gel d'hydrogel sélective d'anions. Composition d'hydrogel est formée de quatre « Cellule de gel tétramère » constituant séquentiellement le chemin conducteur d'ions, établissant ainsi l'effet d'un gradient de solutions à travers l'électrolyte dizaines perméabilité sélective à des milliers de compartiments, similaire à la formation des cellules de production d'énergie empilées l'anguille électrique.
Dans le processus de production spécifique, Ils utilisent une imprimante 3D de 4 hydrogels déposée sur le substrat différent de la matière plastique dans un certain ordre, Puis durcie en utilisant la lumière ultraviolette pour les gouttelettes, il est converti en un gel.
La figure | « ou tétramère cellule de gel « : les chercheurs en alternance une salinité élevée et le gel de faible salinité (rouge et bleu) sont imprimées sur le substrat sous-jacent, les gels sélectives d'anions de type alternatif et sélectif de cations (jaune et vert) imprimée sur le substrat supérieur, les deux substrats l'un à l'autre comme une fermeture à glissière engagement, chaque tétramère être une unité d'ions conducteur (chacun environ la pression différentielle de 0,13 à 0,185), ayant les superpositions 612 conductrices par l'intermédiaire d'un tétramère « cellule génération gel », produit une tension maximale de 110 volts
Basé sur le principe de l'électrodialyse inverse, la « cellule de gel tétramère » dans chaque cellule dans le circuit ouvert produira 130 ~ 185mV pression différentielle , L'amplitude de la valeur de tension et la génération d'une seule des cellules d'anguilles électriques produisent des cyclohexyl aucune différence. Les données montrent le potentiel de 2449 cellules empilées dans la différence de gel tandem augmente linéairement 110V.
La figure Shu cellules de gel potentiel 2449 empilés en série pour générer une différence, augmente linéairement 110V
Avec une forme de base d'une « cellule », les chercheurs ont également mis en place un mécanisme de production d'énergie correspondant à ces « cellules » en , Cela implique la génération organe électrique de l'anguille deuxième caractéristique: Assurer le long de l'organe entier (peut être plus d'un mètre de longueur) de la stimulation électrique Excité tiré simultanément.
In vivo anguille électrique, étant donné que la vitesse de propagation de signal de nerf à l'intérieur de la durée de décharge (environ 2 ms) ne suffit pas pour activer toutes les cellules de production d'énergie, par conséquent, les sites d'organes pour les plus rapides impulsions nerveuses peuvent être atteintes (par exemple des sites d'organes souvent plus proche commande neurale centre), l'anguille électrique du système de production d'énergie transmet des signaux à suivre le rythme en ralentissant l'influx nerveux.
organes artificiels de génération ont également besoin d'activer ces cellules afin d'éviter le gel de dissipation d'énergie. A cet égard, on utilise un distributeur de fluide programmable, générant de manière séquentielle une série de gels et de cellules positionnées, Une fois que le gel a un nombre de cellules, en sorte que le système peut être excité simultanément ou séquentiellement selon le nombre d'excitation.
cellule d'organe artificiel de génération figure Shu contenant du gel 41
Dans cette configuration, la production d'organes artificiels gel contenant 41 cellules, ils ont préparé et démontré trois colonne de gel peut être transmis en parallèle à trois fois le courant et la puissance. Autrement dit, de façon automatisée de sorte que l'ensemble du fluide pour produire un organe artificiel devient puissance possible, le courant et la puissance est proportionnelle au nombre de colonnes dans le gel dans ce cas, semblable à la parallèle du corps de la colonne d'électrodes de l'anguille électrique.
La troisième caractéristique du système de production d'énergie d'anguille électrique est maintenue entre les cellules régénératrices électriques interne et externe et les ions sodium et potassium dans une grande différence de concentration d'ions . Pour l'anguille électrique lui-même, qui est la base de la différence entre la concentration des cellules est non seulement l'activité électrique, mais également une condition importante dans le matériau pendant le transport in vivo. Comme nous le savons, les cellules dépendant de l'ATP transport actif pour fournir de l'énergie, en fait, l'ensemble du processus par les ions des ions sodium / potassium, de protéine enzymatique de l'ATP effectuée par l'annulation de la post-décharge et reconstruire gradient de concentration de diffusion passive. Par conséquent, si l'utilisation de la production d'organes artificiels à l'organisme, vous devez avoir la même capacité à maintenir cette différence de concentration.
Comment cette capacité pour y parvenir? La réponse est que les chercheurs en assurant une séparation physique entre chacun l'hydrogel pour maintenir un gradient d'ions avant le début, cette conception ne consomme pas d'énergie.
Principe de l'anguille électrique de production d'énergie | Fig.
Ainsi, ce organes artificiels de génération et de la phase d'anguille Tung vraiment beau il? Comme l'équipe de recherche dans un biophysicien à l'Université de Michael Mayer admis Fribourg: " En fait, la génération actuelle d'organes artificiels ne sont pas l'anguille électrique à pile électrique efficace. "
Il croit que la génération actuelle des organes artificiels ne peut être pour un certain nombre de dispositifs à faible puissance, tels que l'approvisionnement de stimulateur cardiaque. L'efficacité de la production d'énergie désiré équipe conjointe futur du système en réduisant l'épaisseur du gel, pour réduire la résistance ou analogue.
La même génération, ainsi que problème de charge organe immature , La phase de génération d'organe artificiel est encore la nécessité d'une tarification externe. Les chercheurs ont dispositif externe à des ions de cause revenir au point initial, à savoir, pour la charge (taux de charge et de la vitesse plus rapide aucun rejet) au moyen d'application de courant aux électrodes aux deux extrémités, mais l'anguille électrique et le métabolisme de l'énergie par le biais de sa propre à maintenir intercellulaire la concentration en ions gradient générant de ce fait un comportement de décharge.
Un joueur d'équipe, un ingénieur chimiste de l'Université de Thomas Schroeder Michigan espère également que cette façon efficace anguille plus profonde imitation, « Au milieu d'un fluide corporel, l'auto-décharge de l'organe électrique de faire juste autour du coin. »
Mais même alors, un petit champs d'application est une bénédiction pour certains patients ou leurs familles, il remplacer la pile du stimulateur cardiaque, le risque de ce type de chirurgie, puis un petit, les patients et leurs familles est aussi une sorte On ne peut pas se débarrasser de la torture.
Avec l'intégration des machines et du matériel et de la biotechnologie, qui a le potentiel biocompatibilité, la conformité mécanique et source d'énergie écologique, il est « Procédé sage (transfrontalier) Unicom » , Mais pas impliqué dans l'étude, les ingénieurs de l'Université Louisiana State (Louisiana State University) Jian Xu est très optimiste à ce sujet, et que « les perspectives commerciales futures inévitables sont très larges. »
« Ceci est une merveilleuse invention au-delà de la pensée conventionnelle. » , Markus Buehler, l'évaluation des matériaux scientifiques et les ingénieurs de l'Institut de technologie du Massachusetts, « Je suis impatient de voir ce développement technologique incroyable et l'application dans un proche avenir. »
