美國化學學會在2014年夏天推出了一款新型生物電池,可以貼在人的皮膚上,通過人體排汗來獲取能量。這種生物電池的能源來自乳酸,而乳酸大量存在于人劇烈活動后的汗水中。
有趣的是,美國化學學會的研究小組最初并不是想做一個生物電池,而是想設計一個可攜帶的乳酸監測儀,用來測量運動員訓練后的乳酸值,來合理控制運動量。現有的乳酸檢測方法是抽血檢測,非常不方便,因此加利福尼亞大學的賈文昭博士便帶領團隊著手開發一種更快、更便捷的方法。賈博士設想,既然乳酸會隨汗液排出,那么把乳酸感應器貼在運動員身上,不就可以更方便地進行測試了嗎?
研究團隊根據這一設想,發明了一種貌似文身貼紙的小型乳酸檢測器。這個乳酸檢測器中的主要部件是乳糖傳感器,傳感器中含有一種酶,可以從乳酸分子中奪取電子從而產生弱電流。研究者把貼紙貼在了10個志愿者的上臂,然后讓他們在健身車上進行30分鐘強度不斷增大的運動,同時測量設備產生的電流。這樣,研究者們就能夠監測在運動強度不斷改變的情況下,汗液中的乳酸水平的變化情況了。
隨后,研究團隊又利用這些研究成果制造了一個由汗液驅動的生物電池。電池陽極上附著的酶可以從乳酸分子中奪取電子,然后將電子傳遞到陰極上附著的電子受體上,從而產生電流。有意思的是,身體不那么強壯的人(運動頻率低于每周1次)比那些較強壯的人(每周鍛煉1~3次)產生的能量要多,這很有可能是因為身體較弱的人會更快地感到疲勞,使得身體產生更多的乳酸。
這種電池是表皮電化學生物感應和生物燃料電池成功結合的首個例子,這種結合在未來具有很大的應用潛力。這一新型生物電池具有顯著的優點,比如更安全,不會漏電和充爆,速度也更快,還可以隨時隨地充電等。科學家表示,這一技術不久就能應用于心臟監護器、微型電子表,甚至可以應用于野外迷失的手機充電中。
當然,這一技術現在還遠遠不夠成熟。新型生物電池的能量還不夠高,只能產生約4微瓦的能量。而普通手表需要至少10微瓦才能驅動。因此,這一技術目前的應用范圍還很窄,科學家們正在探索進一步加強能量儲存、提高電池工作效率的方法。
(責編 陳琛)