南美亚马逊河流域隐藏着一种震撼人心的生物——电鳗（electric eel），其惊人的电气才能令人丧魂落魄。作为地球上最恐惧的淡水生物之一，电鳗原产于亚马孙河与奥里诺科河，以其生物放电而出名。有记载显现，个别电鳗的电压曾高达860伏特，均匀电压亦可到达600伏特，攻击力堪比高压线

　　法拉第就曾拿电鳗（还有电鳐）作过很多试验，并留下了极为翔实的试验记载和调查心得。几个世纪以来，科学家们都在研讨电鳗的隐秘。

　　刚刚，牛津大学Hagan Bayley教授、ZhouLinna博士和ZhangYujia博士（一作兼通讯），受电鳗发电启示，开发了一种微型“液滴水凝胶电池”，经过水凝胶液滴之间的离子梯度来发生能量，可用于为集成到人体安排中的微型设备供电，相关论文 以“A microscale soft ionic power source modulates neuronal network activity” 为题，宣布在Nature杂志。值得一提的是，Zhang Yujia博士2016年本科毕业于中国科学技术大学，是一位“90”后青年学者。

　　研讨人员经过堆积脂质支撑的纳升水凝胶液滴网络来开发一种小型化软电源，该水凝胶液滴运用内部离子梯度来发生能量。与开始受鳗鱼启示的规划比较，该办法能够将动力单元的体积缩小10倍以上，并能存储能量超越24小时，完成按需运转，功率密度进步680倍，约为1300 Wm−3。该液滴设备能作为生物相容性和生物离子电流源来调理三维神经微安排和离体小鼠脑切片中的神经元网络活动。终究，该软微型离子电子设备可能会集成到生物体中。

　　电鳗（例如电鳗）的发电才能依赖于串联堆叠数千个电细胞，其间阳离子Na +和K +能够单向经过电鳗中的离子选择性蛋白质通道。由浓度梯度驱动的细胞膜。作者经过顺次组合五个纳升水性预凝胶（琼脂糖）液滴来模仿鳗鱼电器官的总体布局和机制（图1a）。每个液滴都有不同的成分，因而在整个链条上构成盐浓度梯度。脂质双层将液滴与其相邻液滴分隔，脂质双层供给机械支撑，一起避免离子在液滴之间活动（图1）。经过将结构冷却至4°C并改动周围介质来翻开电源：这会损坏脂质双层并导致液滴构成接连的水凝胶。这使得离子能够穿过导电水凝胶，从两头的高盐液滴移动到中心的低盐液滴。经过将结尾液滴连接到电极，离子梯度开释的能量转化为电能，使水凝胶结构能够充任外部组件的电源。在研讨中，激活的液滴电源发生继续超越30分钟的电流。由50纳升液滴组成的单元的最大输出功率约为65纳瓦(nW)。这些设备在寄存36小时后发生了类似的电流量。

　　为了进步液滴电源的输出功用，作者依据反电渗析原理剖析了影响产电行为的几个要害参数：选择性浸透膜上的离子梯度发生了穿过该膜的电动势。首要，对盐的品种、浓度梯度和外电阻进行了优化。运用脂质支撑的水凝胶液滴构建软电源的长处之一是易于小型化。将液滴体积从1000 nl削减99.8%至1.84 nl，导致输出电压（36%，从136 mV削减至87 mV）和电流（70%，从2.7 μA削减至0.83 μA；图2a）。虽然小型化电源的总开释电荷较低（图2b），但作者能够串联和/或并联组合多个电源单元以添加输出电压和/或电流。V OC跟着串联单元数量的添加而添加；I SC和总开释电荷跟着并联单元数量的添加而添加（图2c）。

　　关于更大规划的液滴网络，重要的是在不添加液滴厚度的情况下添加不同功用液滴层之间的触摸面积。因而，坚持低内阻（小标准）一起添加串联或并联单元的数量会别离添加输出电压或电流。为了扩巨细液滴的拼装规划以习惯更大规划的使用，作者采用了模板办法，将多个液滴堆积到三维打印的树脂模具中，以出产预先规划图画的动力单元（图3a，b）。作者制作了内径为600 μm的圆柱形模具，大约是4nl液滴直径的三倍。在每个模具中，他们堆积了七个液滴（4 nl），它们在几秒钟内自发拼装成六边形“花状”图画（图3c，d）。将五个自拼装的液滴六边形，其内容对应于一个动力单元的五个液滴，堆叠在更深的圆柱形模具中，以在三个维度上构成更大的电源网络（图3e）。为了证明多液滴组件的产值添加，作者在螺旋模具中串联拼装了20个五液滴单元（图3f）。首要堆积高盐液滴，其次堆积阳离子选择性液滴，第三次堆积低盐液滴，最终堆积阴离子选择性液滴（图3g）。螺旋电源能够点亮发光二极管，这需求施加约2V的电势（图3h）。

　　研讨小组随后演示了如何将活细胞附着在该设备的一端，以便它们的活动能够直接遭到离子电流的调理。研讨小组将该设备附着在含有人类神经祖细胞的液滴上，这些液滴已被荧光染料染色以标明其活性。当电源翻开时，延时记载显现神经元中由部分离子电流诱导的细胞间钙信号波。研讨人员表明，该设备的模块化规划答应组合多个单元，以添加发生的电压和/或电流。这可能为下一代可穿戴设备、生物混合接口、植入物、组成安排和微型机器人供给动力翻开大门。经过串联20个五滴单元，他们能够点亮发光二极管，这需求大约2伏的电压。他们想象，使用液滴打印机等自动化设备出产，能够发生由数千个动力单元组成的液滴网络。

　　微型化软电源代表了生物集成设备的打破。经过使用离子梯度，本文开发了一种微型生物相容性体系，用于在微观标准上调理细胞和安排，这项作业处理了如何将柔软的生物相容性设备发生的影响与活细胞耦合的重要问题。对生物混合接口、植入物和微型机器人等设备的潜在影响是巨大的。

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