电鳗激发了令人惊叹的新型水凝胶

电鳗可以自卫，也可以通过强力电击击晕猎物。现在，瑞士和美国的研究人员已经利用类似的原理开发了一种电可兴奋的水凝胶，可以用作医疗植入物的柔性、生物相容性电源。

人造电子设备中的电池通过内部氧化还原反应产生电压。这种电池会产生灵活性和毒性问题，而且几乎不可能与身体的新陈代谢结合起来。生物体本身产生运动肌肉所需的电压，例如，通过分离正离子和负离子。为了研制一种离子电源，生物物理学家迈克尔·梅耶弗里堡大学和密歇根大学安娜堡分校的同事们研究了电鳗。

鳗鱼的电细胞(电兴奋细胞)在前后都含有离子通道。这些钠离子泵出到细胞外液中，在细胞两端产生相反的电位差，通常这种电位差会相互抵消。当被神经冲动触发时，每个电细胞后面的离子通道变得可渗透，允许钠离子进入，从而在整个细胞中产生整体电位。通过将数千个电池串联起来，鳗鱼可以提供高达600V的电压。

研究人员利用流体学和表面打印技术制造了类似的系统，包括一系列由四种水凝胶组成的小隔间:一种由浓缩氯化钠溶液制成，一种由稀释盐溶液制成，其中一种只允许阳离子通过，另一种只允许阴离子通过。当这些凝胶被压在一起时，沿着浓度梯度的单向流动每个细胞可以产生130-185mV，而将2449个凝胶堆叠在一起可以产生高达100V的电流。梅尔说，通过堆叠更多的电池，研究人员可以达到600V，就像鳗鱼一样。问题是，虽然鳗鱼可以输出高达100W的功率，但水凝胶电池的内阻要大得多，将功率限制在50μW左右。研究人员正在努力解决这个问题。

目前，为该系统充电需要施加外部电流来驱动离子恢复浓度梯度。梅耶尔说:“人们最终想要的是一个可以植入的系统。”“也许下一步最明显的想法是尝试以某种创造性的方式利用体内现有的离子梯度。”当然，更好的设计是人们可以利用代谢能量来保持人造器官始终处于充电状态。这将是最终的成就，但这很难实现，我们还没有解决这部分问题。

大卫·拉文美国马里兰州国家标准与技术研究所的研究员，他说，包括他自己的研究小组在内，许多研究小组都尝试用天然离子泵生产合成电池。他说:“让它们在实验室里存活12个小时都很有挑战性，所以很难将其转化为商业产品。”他解释说，这项新工作使用的离子选择性凝胶使研究人员能够生产出更稳定的设备。“还需要进一步的开发，看看他们是否能把效率提高到有用的程度，但我很乐观。”他补充说，制造出一种合成离子泵，让装置以代谢方式充电，将是“一个巨大的、诺贝尔奖级别的飞跃”。