Elektriske ål, som glir langs den gjørmete bunnen av dammer og bekker i Amazonas og Orinoco-bassengene i Sør-Amerika, kan forårsake et sjokk som er kraftig nok til å slå en hest av føttene. Kraften deres kommer fra celler som kalles elektrocytter som slipper ut når ålen jakter eller føler seg truet.
Nå tar forskere inspirasjon fra disse ålene (ikke teknisk ål, faktisk, men en type fisk) for å utvikle nye kraftkilder som en dag kan drive elektriske apparater i menneskekroppen, som pacemakere, sensorer og proteser organer.
Elektriske ål kan synkronisere lading og utslipp av tusenvis av celler i kroppene deres samtidig, sier Max Shtein, en materialforsker ved University of Michigan som arbeidet med forskningen.
"Hvis du tenker på å gjøre det veldig raskt - [på bare en brøkdel av et sekund - for tusenvis av celler samtidig, er det et ganske smart ledningsopplegg, " sier han.
Elektrocyttene til en elektrisk ål er store og flate, med hundrevis stablet sammen horisontalt. På grunn av måten de er stablet på, legger cellens bittesmå individuelle spenninger opp til et betydelig spark. Dette er mulig fordi det omkringliggende vevet isolerer elektrocyttene slik at spenningen strømmer frem til vannet foran fisken - fantastisk eller drepe byttedyr eller trusler - og deretter strømmer tilbake for å lage en komplett krets.
Et team ledet av Steins samarbeidspartner Michael Meyer ved Universitetet i Fribourg prøvde å kopiere ålens fysiologi ved å lage omtrent 2500 enheter laget av natrium og klorid oppløst i vannbaserte hydrogeler. De trykket ut rader med bittesmå flerfargede knapper med hydrogeler på lange ark med plast, og vekslet de salte hydrogelene med dem laget bare med vann. De trykket deretter ut et andre ark med ladningsselektive hydrogeler, der hver enkelt lot positivt ladet natrium eller negativt ladede kloridgeler passere gjennom. Da arkene ble brettet, ved hjelp av en spesiell origamiteknikk, berørte de vekslende gelene og genererte strøm. Systemet genererte 110 volt - en anstendig støt, men langt mindre enn kraftuttaket til en ål, som har tynnere celler med lavere motstand.
Ladingselektive hydrogeler på toppen av et ark saltvann (rødt) og ferskvann (blå) hydrogeler (University of Michigan) Teamet, som også inkluderte forskere fra University of Fribourg og University of California, San Diego, skrev om prototypen deres i tidsskriftet Nature forrige måned.
Hydrogel-systemet er mykt og fleksibelt, noe som kan gjøre det til en potensiell god strømkilde for myke roboter hvis bevegelser vil bli hindret av harde batterier. Den er også fri for potensielt giftige ingredienser i tradisjonelle batterier, for eksempel bly. Og siden systemet er laget av kunstige komponenter i stedet for biologisk vev, har det et lite potensiale for immunavstøtning.
Forskerne håper de kan øke systemets kraft ved å gjøre hydrogelmembranene tynnere. De håper også å etterligne ålens evne til å bruke sine egne kroppslige væsker for å opprettholde forskjeller i elektrolyttkonsentrasjon mellom elektrocytter. Dette kan gjøre det mulig å permanent drive en implantert enhet uten ekstern inngang.
"Det fine med elektriske ålbio-batterier er at prinsippene de arbeider med er enkle, og at de ladede partiklene som beveger seg for å generere strøm er lett tilgjengelige - egentlig bare ioner i løsning som i bordsalt - som forekommer naturlig i kroppene våre, " sier Harold Zakon, professor i nevrovitenskap ved University of Texas i Austin som studerer elektriske ål. "Siden elektriske organceller lades ved å bevege ioner over cellemembraner, ville de aldri måtte kobles til veggen eller en ekstern strømkilde, men vil stole på kroppens egen energi for å holde dem ladet."
