细胞为机器人供能？意大利科学家实现突破

据《连线》杂志报道，科学家们正在研究用电池为电子元件供电。在意大利佩鲁贾大学工作的路易吉·卡扎齐诺用细长的针头刺穿青蛙卵。他通过显微镜仔细观察，然后转动机器的旋钮，将微针的一小部分向前推。后来，他巧妙地刺破了软蛋的薄膜，并把它连接到一个类似电池的电子元件上。

这一系列不寻常的操作是卡扎齐诺在研究如何从生物细胞中获取能量来驱动微型电子设备的实验。每个蛙卵是一个单细胞。当然，卵细胞的大小非常大，通常可以达到针的大小。在意大利佩鲁贾大学工作的卡塔祖兹诺说:“每个电池都像一个电池”。细胞通过将钾和钠离子等电解质移入和移出细胞膜来储存和转移电荷。他说:“通常，细胞的能量被用来维持正常的生理功能。例如，神经元利用这种能量发出信号，肌肉利用能量收缩。与锂电池不同，电池可以补充自身能量，并利用食物中的化学能为自己充电。例如，运动后饮用的佳得乐有助于增加人体细胞中微小电流的强度。

卡扎齐诺的团队最近表示，他们可以从蛙卵中获取一些电能，给电容器充电，然后利用储存的电能产生无线电信号。更准确地说，他们用鸡蛋的力量给一个小型对讲机供电。他们写的相关论文已经发布在arXiv网站上，但他们仍在等待同行评议的结果。

所有这些实验的目的都是为了最终设计出能在人体内运行的微型机器人和其他医疗设备，并完全实现人体内的充电，而不依赖于外部电源。利用卡扎齐诺团队从鸡蛋中提取能量的技术，下一代静脉传感器可以测量你的血糖，下一代内窥镜可以在拍摄你的肠道时释放药物。这些设备会定期进入你身体的细胞，给你自己充电。意大利佩鲁贾大学的物理学家卢卡·加米托尼(Luca Gammaitoni)是卡塔祖兹诺项目的合作者，他说:“这是一个新的方向，我们可以用它来制造非常小的机器。如果这些机器要在生物体内自主运行，它们必须解决使用人类电源的技术难题。”

与普通电子产品相比，一个鸡蛋产生的能量很少。研究人员获得的鸡蛋产生1.1毫瓦的能量，这意味着你需要超过1000万个蛙卵来点亮一个发光二极管。给电容器充电约13分钟后，其储存的能量相当于16纳安培。按照这个速度，需要超过1亿个蛙卵来匹配储存在单节AA电池中的能量。

然而，电池的电源对于无线传感器来说是足够的。尽管犹他大学的机械工程师沙德·罗迪没有直接参与这项工作，但他说，如果你每13分钟传输一次无线信号，你不需要太多的电力来完成这项工作。然后微型机器人的电池可以从另一个电池充电，下一次传输将在13分钟后进行。这种充电周期对于许多类型的医疗传感器来说是足够的。Roundy说:“你知道，糖尿病患者现在每天必须刺破手指几次才能得到血糖读数。如果你能每隔30分钟自动获得葡萄糖更新，而不用刺破手指，那将是一个巨大的进步。”

Roundy说更大的问题是电容器的小型化。目前，电容器太大，无法在人体内工作。与此同时，给动物或人体内的电容器充电也需要一种比在显微镜下操作更复杂的技术。科学家还必须确保这些微小的电子产品与生物学兼容，人体经常对外来物质产生排斥反应。Gammaitoni说，好消息是机器人从细胞中获取的能量对人体来说微不足道。到处偷几毫瓦的能量不应该影响健康。他说:“每天人体内都会有大量细胞死亡，每隔几分钟就会在体内再生。从统计数据来看，这对身体本身无害。”

该小组接下来计划尝试从大鼠肌肉细胞中提取能量。Gammaitoni说:“我们想验证许多细胞可以通过这种方式提取能量”。此外，研究和开发从肌肉细胞收集电能的技术将扩大传感器的应用范围，因为肌肉细胞遍布全身。(马克)