Искусственные угри внутри человека выработают ток для имплантатов

Искусственные угри снутри человека выработают ток для имплантатов

Электронный угорь (Electric eel) способен производить напряжение до 500-650 вольт при токе до 1-го ампера (другими словами выше полукиловатта пиковой мощности).

Когда эта рыба находит добычу, она отправляет сигнал в особые «охотничьи» брюшные органы, в каких тыщи и тыщи электронных клеток открывают каналы для пропуска в обратные стороны ионов натрия и калия. Перемещение этих ионов создаёт на клеточках напряжение, которое суммируется повдоль всего органа, достигая впечатляющей величины.

Эти небезопасные не только лишь для морской живности, да и для человека импульсы могут следовать с частотой в сотки герц. И в определённых критериях угорь способен посылать такие разряды до 1-го часа кряду, не выказывая вялости. Всё – за счёт внутренней энергетики организма.

Искусственные угри снутри человека выработают ток для имплантатов

Электронный угорь может вырастать до трёх метров в длину и весить до 40 кг. Живойёт эта рыба в пресных водах Центральной и Южной Америки (фото brian.gratwicke).

Ну разве это не волшебство природы? Так почему бы не поучиться у него? И правда, про биомиметику слышали, наверняка, все, а вот про биомиметику на клеточном и даже молекулярном уровне – чуть ли.

Меж тем конкретно такую задачку – разобрать по молекулам и скопировать работу электронных клеток угря – поставили впереди себя Цзянь Сюй (Jian Xu) из Йельского института (Yale University) и Дэвид Лаван (David LaVan) из южноамериканского Государственного института эталонов и технологий (NIST).

Эти исследователи разработали сложные численные модели перемещения ионов через клеточные структуры и сравнили их с ранее приобретенными данными об электронных клеточках.

А дальше учёные разработали модели искусственных клеток, дозволяющие сделать лучше выходные характеристики, против природного аналога. А именно, один из таких проектов сулит рост пиковой мощности на 40%, а 2-ой – на 28%.

(Этому исследованию посвящена статья в журнальчике Nature Nanotechnology.)

Искусственные угри снутри человека выработают ток для имплантатов

1-ая картина указывает анатомию электронного органа угря, другими словами наборы электроцитов, клеток, связанных поочередно (чтоб поднять суммарное напряжение) и параллельно (чтоб прирастить ток). На 2-ой картинке – отдельная клеточка с ионными каналами и насосами, проникающими через мембрану (новенькая модель Йеля и NIST как раз изучала поведение нескольких таких клеток). Заключительный набросок показывает отдельный ионный канал – стандартный блок модели (иллюстрация Daniel Zukowski/Yale University).

Лаван объясняет, что механизм сотворения напряжения клеточками электронных органов угря идентичен со схемой посылки нервных сигналов в мозге. Только нервные клеточки способны на генерацию очень малеханького напряжения (зато – они делают его стремительно), в то время как особые электронные владеют более долгим циклом работы, зато копят куда более впечатляющее напряжение.

Соответственно, подбирая по определённым законам ионные проводники и формируя из их системы нанометрового масштаба, можно сделать искусственные аналоги электронных клеток, которые за счёт оптимизации характеристик затмят свои живы прототипы по эффективности.

Данное исследование является частью усилий южноамериканского Государственного центра дизайна биомиметических нанопроводников (National Center for the Design of Biomimetic Nanoconductors), направленных на создание крохотных систем, как ясно из наименования, по виду и подобию природных аналогов.

Искусственные угри снутри человека выработают ток для имплантатов

Один из примеров наногенераторов, разрабатываемых в Biomimetic Nanoconductors. Специально сконструированная липидная мембрана на узкой пористой подложке из кварца либо полимера. Понизу: компьютерные модели молекулярных комплексов, обеспечивающих требуемую ионную проводимость (иллюстрации с веб-сайта nanoconductor.org).

Упомянутые системы самых различных видов должны производить электронную энергию, создавать электронные либо химические сигналы либо создавать осмотические давление и потоки снутри микроскопичных устройств.

Заметим, саму идею «взять угря да перевоплотить его в живую электрическую станцию на благо населения земли» изобретатели предлагали не раз. И даже курьёзные опыты ставили. Скажем, мы лицезрели, что угорь способен питать лампочки на рождественской ёлке.

Но нельзя же всерьёз считать, что колонии запертых в аквариумах злосчастных угрей посодействуют нам решить энергетическую делему? Уж лучше получать электричество из шоколада либо сточных вод с помощью микробов.

Искусственные угри снутри человека выработают ток для имплантатов

Цзянь Сюй изучает самые разные системы, в каких употребляются био составляющие и может генерироваться напряжение. Как эти две соприкасающиеся капли с разными смесями снутри, покрытые липидными мембранами, – простой прототип биобатареи (фото с веб-сайта pantheon.yale.edu).

Но что-то в этой мысли (про угрей) — есть. Скопировав их «боевые» клеточки, можно сделать крохотные генераторы для неприхотливых к мощности имплантатов либо других маленьких устройств. Так рассуждают Сюй и Лаван.

Они рассчитали, что слои искусственных клеток, уложенных в куб со стороной чуток более четырёх мм (да, это вам не хомяк-зарядник), способны будут создавать непрерывную мощность около 300 микроватт.

Отдельные составляющие таких искусственных клеток, в том числе мембраны и ионные каналы, можно выстроить из сконструированных протеинов, которые уже продемонстрированы другими исследователями.

Источником энергии для таких биогенераторов, как и для природных аналогов, послужит аденозин трифосфат, синтезируемый из сахаров и жиров, имеющихся в организме, с помощью микробов либо митохондрий.

Ранее мы лицезрели проекты (и опыты) по созданию маленьких устройств, вырабатывающих толику электричества прямо в теле пациента: за счёт тепла (1 и 2) и даже людской крови.

В теории это всё реализуемо. Вопрос только в достижимом тем либо другим методом фактическом уровне мощности. Обойдёт ли угорь-генератор остальные варианты?

Другие статьи:
Интернет журнал НЛО МИР

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

*

code

Редакция рекомендует

x