Znajdź zawartość

Badacze z Yale University i National Institute of Standards and Technology (NIST) ulepszyli działanie elektocytów węgorza elektrycznego (Electrophorus electricus). Dzięki temu uzyskują wyższe napięcie, które mają nadzieję wykorzystać do zasilania implantów i innych aparatów medycznych. Elektrocyty tworzą szeregi, zlokalizowane po bokach wzdłuż płetwy odbytowej. Są połączone na zasadzie baterii ogniw galwanicznych, oddziela je galaretowata tkanka. Jedna komórka nie jest w stanie wytworzyć wysokiego napięcia (generuje dziesiąte części wolta), ale cały szereg jak najbardziej tak (600 woltów). Gdy zadziała bodziec chemiczny, otwierają się kanały jonowe. Kationy sodu napływają do wnętrza, a kationy potasu przemieszczają się na zewnętrzną stronę błony komórkowej. Przemieszczanie się jonów zwiększa napięcie, przez co otwiera się coraz więcej kanałów, a po przekroczeniu pewnego punktu proces zaczyna się samonapędzać. Na końcu kanały się zamykają, a aktywny transport jonów przywraca stan wyjściowy. David LaVan, inżynier z NIST, uważa, że w grę wchodzi co najmniej 7 typów kanałów, na które można wpłynąć, manipulując różnymi zmiennymi, np. gęstością rozmieszczenia w błonie. Elektrocyty działają w inny sposób niż neurony. Komórki nerwowe przewodzą, wg Amerykanów, raczej informację, a nie energię. Szybko się wyładowują, nie osiągając przy tym dużej mocy. Elektrocyty reagują wolniej, ale generują wyższe napięcie, które dłużej się utrzymuje. LaVan i Jian Xu opracowali model konwersji stężenia jonów na impulsy elektryczne. Przetestowali go i na podstawie wyników sprecyzowali, jak zmaksymalizować napięcie, zmieniając proporcje i ułożenie różnych typów kanałów. Udało im się uzyskać sztuczną komórkę, która w jednym pulsie generuje o 40% silniejszy sygnał. Druga wersja też działa lepiej od oryginału, szczytowe napięcie jest bowiem wyższe o 28%. Gdy sztuczne elektrocyty ułoży się warstwami w sześcian o boku nieco powyżej 4 mm, można uzyskać stałą moc (300 mikrowatów) do zasilania niewielkich urządzeń medycznych.