我们的身体内的再生能源可以为电子器件提供电力这我们已经知道了。但是,我们的皮肤下其实有着更丰富的能源来源,具有着更大的开发潜力。甚至可以说是这是一种天赐的化学燃料...
血液
为了正常工作,我们的细胞需要化学能量的持续供应。因此,我们体内都充满了它。研究人员最近正在研究这种说神秘其实也不神秘的化学能量源,对于这种内部燃料供给的研究可能很快就会出成果,这种化学能量的转换很快将不再仅仅作为新陈代谢的一种方式而存在了。
其实可能在研究探索路上最大的一步已经迈出去了——在过去的几十年中,基于酶的生物燃料电池(EFCS)已经被研究了出来。由电池供电的电子设备可通过这种电池在发电体液中分解能源丰富的化学成分来获得电量。EFCS的技术已经被发明出来有十多年了,而在最近的五年中,研究人员已经开始着手在活物上对它们进行实验测试。
当谈及能源丰富的体液时,血液似乎是毋庸置疑的王者。血浆——血液的液体成分,含有能够不断泛溶解的葡萄糖——这也是我们的细胞获取能量的主要来源。在2010年人们第一次发现EFC能够从生物的血液中获取能量。当时,法国的开发人员将一种设备植入了一个活的老鼠体内,这个设备在老鼠腹部成功运行了11天,而且这只老鼠看起来并没有任何不适感。在此期间,它不间断地产生了大约两微瓦的功率,而这个功率在理论上讲,已经足以给心脏起搏器供电了。
到了2012年,一个更强大的葡萄糖EFC被发明了出来。另一个法国团队(包括从2010年的一直努力过来的研究人员)对其做了一些改进——研发出了基于碳纳米管的EFC。当这种设备植入老鼠的腹部后,能够产生约40微瓦的功率,而这足以能够为LED灯和数字温度计供电了。
血糖供电EFCS尚未在人体中进行过测试。但基于它们已经在动物中试验成功(除了老鼠,EFCS也已经证明能够在兔、龙虾和蟑螂体内正常工作),这些能够自我供给的燃料电池肯定能够在未来用于医疗植入物中而无需再动用传统电池,也更无需动冒着风险动手术来更换电池了。
虽然这一项目有着诸多潜在的优点,但是利用血液发电仍然有一个严肃的问题——那就是你还是需要开刀动手术。为了保证EFC能够在血液中正常运作,将需要多次植入该设备。一次性外科植入或许一些患者还可以接受,但如果像这样这样需要多次植入的话恐怕会造成患者的恐惧心理。而且这种设备本身也具有危险性和不便性,于是寻找一个只需较少侵入性就能获得在体内的化学能量的方式便又一次被提上案来。值得庆幸的是,我们已经能够看到一些希望了。
汗液
挖掘体内的化学燃料而又不会用到手术刀的方式之一就是通过我们的毛孔。人体汗液中含有丰富的被称为乳酸化合物的物质,它也可用于使EFCS发电,能够作为替换它们的葡萄糖的燃料。研究人员已经能够测试人体排汗供电EFCS的效果(出汗多的话反而会更容易进入),而最终的结果也着实令人欣慰。
第一个能够从汗液发电的装置在2013年被来自于加州大学圣地亚哥分校的研究人员发明出来。它采取粘合贴剂的形式,很像一个临时的转印纹身,这个装置内部嵌入了乳酸清除EFC。为了测试这一项目,一组志愿者把这种装置穿在他们的手臂上,并开始剧烈运动20分钟。当受试者开始出汗,燃料电池也开始产生电流。由于汗液所产生的电流并不稳定,所以无法保证电力电子器件的正常运行,但是这已经足够清楚地证明了这项技术的潜力。
一年后,强有力的证据终于出现了,另一批来自加州大学圣地亚哥分校的研究人员想出了一个方法——把EFC纳入耐磨的纺织汗带。志愿者穿着它骑上自行车进行锻炼,骑车人的汗水成功通过该设备让燃料电池发电。此时,汗液产生了足够的电力来同时运行两个电子装置——LED灯和数字手表——运行了几十秒钟。
可能还需要一段时间,汗水供电的EFCS才可以运行像智能手表之类的电子产品,但这项技术已经在近几年迅速发展。现在我们有充分的理由可以认为,我们不太喜欢的汗液将很快能被善加利用。
和血液发电相比,用汗作为电源有一个明显的缺陷:大多数人并不会出非常多的汗,也不会非常频繁的出汗。而智能头带则可以成为一个伟大的方式——在锻炼过程中为你的手表进行充电。但对于我们的皮肤外的化学能量来源,科学家们需要特别处理。幸运的是,还有另一种富含能量的体液,而且还能是全天候的。所有你需要做的就是闭上眼睛。
眼泪
乍一看,眼泪似乎是比汗更不可靠的能量来源。但是,不管我们的情绪状态如何,我们总是会有眼泪在眼球上的。每个人都有为了保持角膜的湿润状态而流出的“基底”眼泪(而不是当我们哭泣时哗哗往下流的那种眼泪)的薄膜。眼泪大多是用来润滑和滋润眼睛的,但它们也充满了能量。除了其他化学物质外,基底眼泪还含有葡萄糖、乳酸盐和抗坏血酸(这是一种化合物,类似于维生素C)等成分,单拿出来其中的任何一个成分都能作为EFCS的很好的燃料来源。
用眼泪发电这一技术的一个优点就是不用再费劲想拿什么来容纳这一装置了,因为现在就已经存在着一个完美的搭载设备:隐形眼镜。如果一个自给型燃料电池可以集成到隐形眼镜中的话,这个潜在的技术的应用简直可以说是科技界的大革命。这样的设备可以通过分析眼泪的化学成分来监测人们的生命体征,同时还能进行动态的视力矫正——感知到眼睛所处的不同位置而改变眼睛正在接触的透镜部分的焦距,甚至直接显示出动态信息,就像Google Glass那样。
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