Inspirado en la anguila eléctrica, un dispositivo eléctrico transparente y flexible podría conducir a fuentes de energía amigables con el cuerpo para monitores de salud implantados y dispensadores de medicamentos, lentes de contacto de realidad aumentada y muchas otras aplicaciones.
Las células blandas están hechas de hidrogel y sal, y forman el primer órgano eléctrico artificial potencialmente biocompatible que genera más de 100 voltios. Produce un zumbido constante de electricidad a alto voltaje pero baja corriente, un poco como un extremadamente bajo.volumen pero con chorro de agua a alta presión. Quizás sea suficiente para alimentar un pequeño dispositivo médico como un marcapasos.
Si bien la tecnología es preliminar, Michael Mayer, profesor de biofísica en el Instituto Adolphe Merkle de la Universidad de Friburgo en Suiza y autor correspondiente en un artículo sobre el dispositivo, cree que algún día podría ser útil para impulsar dispositivos implantables o portátilesdispositivos sin la toxicidad, el volumen o la recarga frecuente que vienen con las baterías. Más adelante, incluso podría conducir a sistemas bioeléctricos que podrían generar electricidad a partir de procesos naturales dentro del cuerpo.
El dispositivo no puede sostener una vela a la anguila eléctrica, que puede bombear mucha más energía en ráfagas breves para golpear a su presa o defenderse.fuentes de energía. El equipo incluye investigadores de la Universidad de Michigan, el Instituto Adolphe Merkle de la Universidad de Friburgo y la Universidad de California-San Diego. El trabajo se detalla en un estudio publicado en la edición del 14 de diciembre de Naturaleza .
"La anguila polariza y despolariza miles de células instantáneamente para apagar estos altos voltajes", dijo el coautor del estudio, Max Shtein, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales de la UM. "Es un sistema fascinante para mirar desde una perspectiva de ingeniería.- sus métricas de rendimiento, sus bloques de construcción fundamentales y cómo usarlos ".
Un secreto del éxito de la anguila es un fenómeno llamado transporte transmembrana. Los órganos eléctricos especializados contienen miles de compartimentos alternados, cada uno con un exceso de iones de potasio o sodio. Los compartimentos están separados por membranas selectivas que, en el estado de reposo de la anguila,mantener los dos iones separados. Cuando la anguila necesita crear una sacudida de electricidad, las membranas permiten que los iones fluyan juntos. Esto crea una explosión de energía.
Los investigadores construyeron un sistema similar, aunque en lugar de sodio y potasio, utilizaron el sodio y el cloruro que se combinan naturalmente en la sal común de mesa, disuelto en hidrogel a base de agua. Con una impresora especializada en el Instituto Adolphe Merkle, imprimieronmiles de diminutas gotas del gel salado en una lámina de plástico, alternándolas con gotas de hidrogel de agua pura. Las gotas alternas son similares a los compartimentos de la anguila.
A continuación, el equipo necesitaba imitar la membrana selectiva de la anguila que mantiene los compartimentos separados. Usaron una segunda hoja de gotas alternas, esta hecha de hidrogel selectivo de carga. Cada gota permite que pase el sodio con carga positiva o el cloruro con carga negativa, excluyendo el otro.
Para generar energía, las dos hojas se presionan juntas, conectando las gotas de solución salina y agua dulce a través de las gotas selectivas de carga en serie. A medida que las soluciones saladas y frescas se mezclan, las gotas selectivas de carga mueven los iones de sodio y cloruro en direcciones opuestas,produciendo una corriente eléctrica.
Los investigadores tomaron un truco final de la anguila: sus miles de compartimentos pueden mezclar iones instantáneamente, produciendo una sacudida coordinada justo cuando es necesario. Los investigadores necesitaban hacer algo similar con sus miles de células alternas, combinándolas todas exactamente en laorden correcto, simultáneamente.
Shtein, junto con los estudiantes graduados Anirvan Guha del Instituto Adolphe Merkle y Thomas Schroeder y Aaron Lamoureux de la UM, resolvieron el problema con una técnica de origami llamada pliegue Miura. Inventado por un astrofísico japonés, el pliegue Miura se usa a menudo para plegarpaneles solares en satélites en el lanzamiento, luego descomprímalos en hojas grandes una vez que estén en el espacio.
Usaron la idea al revés, alternando los cuatro tipos de gotas en un patrón preciso en una hoja plana que había sido marcada con láser en un patrón Miura. Cuando se aplicó presión, la hoja se dobló rápidamente, apilando las celdas exactamente en laposiciones correctas.
"Los órganos eléctricos en las anguilas son increíblemente sofisticados; son mucho mejores generando energía que nosotros", dijo Mayer. "Pero lo importante para nosotros era replicar los conceptos básicos de lo que está sucediendo".
El equipo está trabajando para mejorar la eficiencia del dispositivo.
Video: http://www.youtube.com/watch?time_continue=45&v=5tSDPQrgTWM
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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