电 鳗

  去年12月,日本的一家水族馆把一棵圣诞树上的彩灯接到养有电鳗的水箱上(水箱两端的金属片收集电鳗产生的电荷),用来点亮灯泡。这当然很有广告效应。现在,美国的研究人员已经开发出一种以类似方式产生电能的电池。
  在大自然中,许多生物会利用体内离子浓度的差异来进行工作。例如,人类的大脑就依靠电脉冲来释放键联于神经递质的钙离子,从而使其与神经系统的其余部分进行交流;而电鳗则是利用其体内大约6000个称做发电细胞的特殊细胞中的钙离子浓度的差异来产生电流的(电鳗发出的电流强度与民用电相当)。从电学角度来看,这些细胞是互相隔离的。一但电鳗测定好猎物的方位后,它就打开一系列细胞的“门”让离子流动起来。当电鳗处于一种像水这样的导电液体中时,带电离子的这种运动就变为一股电流。
  位于马里兰州的美国国家标准与技术研究所的大卫·拉文(David LaVan)及其同事,正在从事活细胞膜及其蛋白质运行的研究(他们在人造“原细胞”上进行试验)。人造细胞像真的细胞一样由脂肪分子构成的膜包裹着,这些“漂浮”在膜中间的蛋白质只允许某些离子通过。研究人员发现,他们也许能够利用这一系统复制电鳗的发电机制。
  该研究小组把两个原细胞融合在一起,使它们合用各自细胞膜的一部分。然后,他们给其中一个原细胞注入稀释的氯化钾溶液,给另一个原细胞注入浓度稍大的氯化钾溶液。此时,离子会自然地从浓度较低的原细胞向浓度较高的原细胞运动。但由于原细胞之间的膜太厚,离子运动的流量不大。
  拉文博士和他的同事调整了研究思路,把一种称做α溶血素的蛋白质安置到原细胞膜上。其作用就像是一条限制通过的路径,对带正电的钠离子放行,但对带负电的氯离子则不放行。当被放行的离子朝一个方向运动时,电子就朝相反的方向流动。为了利用这一电流,研究小组把细小的电极与原细胞相连接。
  他们发表在《先进材料》(Advanced Materials)上的报告称,利用与电阻相同材料制成的电极,即在离子穿越单个原细胞的实验中,电流可以维持一段时间。如果原细胞数量增加的话,可延长电池的使用时间。拉文估计,两个直径达几厘米的原细胞,能让MP3工作10个小时左右。或许,它会是一个新颖的圣诞节礼物吧?

资料来源The Economist.com

责任编辑 则 鸣