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复制电鳗的机理 原生细胞生物电池研究获进展

来源:科技日报 2009-11-11 08:34

据英国《经济学家》11月7日报道,日本一家水族馆曾在几年前把圣诞树上披挂的灯泡同一个装有一条电鳗的水槽相连接,水槽一端的金属板用来收集电鳗所发的电,这些电点亮了灯泡;现在,美国的一些科学家们据此获得灵感,研发出了利用生物发电的电池。相关研究成果发表在《先进材料》杂志上。

电鳗体内拥有6000多个名叫“电板”的特殊发电细胞,发电潜力达到600伏特,其机制与神经细胞类似:有效利用体内离子(带电的粒子)的浓度差。化学信号到达后引起细胞膜高选择性通道开放,导致钠离子流入,而钾离子流出。离子交换升高了细胞膜两侧的电压,这又导致更多的通道开放,带电粒子源源不断地流出。当电鳗位于导电的溶液中(比如水中)时,带电粒子的运动就会产生电流。

美国国家标注技术研究所的戴维·拉凡和同事想揭示活体细胞膜和其蛋白质的运作机制。他们通过在人造的原生细胞(protocell)上进行实验开始了相关研究。这些人造原生细胞像真正的细胞一样,被脂肪分子组成的膜包围。“漂浮”在膜中的蛋白质仅仅让某些离子通过。研究人员认为,使用这种系统,他们能够复制电鳗的发电机制。

研究人员将两个原生细胞融合在一起,这样,它们会相互共享一部分细胞膜。然后,研究人员分别给这两个细胞添加不同浓度的氯化钾溶液。钾离子和氯离子之间的浓度差会使离子从浓度低的原生细胞流到浓度高的原生细胞,但是,在这个实验中,两个细胞共享的那部分膜太厚,阻碍了离子的流动。

接着,拉凡博士和同事给原生细胞膜植入了一种名叫α-溶血素的蛋白质,它可以作为桥梁让带正电的钠离子通过,同时却又阻止了带负电的氯离子。当钠离子按一个方向流动时,氯离子则按与之相反的方向流动。为了对产生的电流加以利用,研究团队还将原生细胞同一个小电极相连。

研究人员指出,离子从一个原生细胞穿越到另一个原生细胞可以产生电阻一样的物质,利用这种物质制成电极,就能使电量的供应持续一定的时间。原生细胞越多,电池的寿命越长。拉凡博士估计,两个几厘米宽的原生细胞就可以让一个便携式的MP3运行近10小时。(生物谷Bioon.com)

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