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新型生物电池,利用汗水发电

未来,在运动中尽情挥洒汗水可能不仅对你的健康有益,而且还能为你的小型电子产品供能。来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究者研制出了一种新型传感器,它使用起来就像一个文身贴纸,可以监测人在运动过程中产生的乳酸,并利用汗液产生能量。研究团队将在当地时间8月14日举行的第248届美国化学学会年度会议和博览会(National Meeting & Exposition of the American Chemical Society)上展示这一设备。

一般来说,运动越剧烈,身体产生的乳酸就越多。在剧烈运动时,身体需要产生更多能量,因此会激活糖酵解代谢途径。而该过程的代谢产物除能量外,还有乳酸。职业运动员可以通过在体能测试中监测血液中的乳酸水平,来评估自己的健身和训练计划。另外,医生们也通过检测病人在运动中的乳酸水平,来进行疾病诊断,例如心脏病或肺病。目前,乳酸检测不但不方便,而且会干扰测试过程,因为血液样本必须要在运动过程中的不同时间点采集,然后进行分析处理。

美国加州大学圣地亚哥分校的贾文昭(Wenzhao Jia)和同事们发明了一种可以在运动过程中,更快速、容易和舒适地检测乳酸水平的方法。他们将一个柔软的乳糖传感器压印在纹身贴纸上,传感器中含有一种酶,可以从乳酸分子中夺取电子从而产生弱电流为设备供电。研究者把纹身贴纸贴在了10个健康志愿者的上臂,然后让他们在健身车上进行30分钟阻力不断增大的运动,同时测量设备产生的电流。这样,研究者们就能够在运动强度不断改变的情况下,持续监测汗液中的乳酸水平。

文身生物电池的原理和使用方法。视频来源:livescience.com

随后,研究团队又利用这些研究结果制造了一个由汗液驱动的生物电池。电池阳极上附着的酶可以乳酸分子中夺取电子,然后将电子传递到阴极上附着的电子受体上,从而产生电流。研究者让15名志愿者佩戴文身生物电池在健身车上进行运动。有意思的是,身体不那么强壮的人(运动频率低于每周1次)要比那些较强壮的人(每周锻炼1-3次)产生的能量要多,而每周运动多于三次的人产生的能量最少。研究者认为这很有可能是因为,身体较弱的人会更快感到疲劳,使得糖酵解反应更早启动,因此产生了更多乳酸。

贾博士指出:“目前这个装置产生的电流还很微弱,但是我们正在研究加强电流的方法,希望最终可以达到驱动小型电子设备的水平。现在我们获得的最大能量是每平方厘米皮肤70微瓦,但是我们使用的电极只有2毫米×3毫米,所以只能产生约4微瓦的能量,这对于需要至少10微瓦才能驱动的手表来说也还太低。因此除了获得更高的能量,还需要让装置能够储存产生的电流,从而提高工作效率。”实验室负责人约瑟夫·王(Joseph Wang)说:“这个设备是表皮电化学生物感应和生物燃料电池相结合的首例,这种结合在未来具有很大的应用潜力。”(编辑:球藻怪)

信息来源:EurekAlert! Tattoo biobatteries produce power from sweat  

文章题图:pawnation.com

The End

发布于2014-08-13, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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IvyP

果壳作者,生物物理学硕士

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