強大的新型生物電池 可利用汗水發電

  未來,在運動中盡情揮灑汗水可能不僅對你的健康有益,而且還能為你的小型電子產品供能。

  來自美國加州大學聖地亞哥分校的研究者研製出了一種新型傳感器,它使用起來就像一個文身貼紙,可以監測人在運動過程中產生的乳酸,並利用汗液產生能量。

  研究團隊將在當地時間8月14日舉行的第248屆美國化學學會年度會議和博覽會上展示這一設備。

利用汗液產生能量

  一般來說,運動越劇烈,身體產生的乳酸就越多。在劇烈運動時,身體需要產生更多能量,因此會激活糖酵解代謝途徑。而該過程的代謝產物除能量外,還有乳酸。

  職業運動員可以通過在體能測試中監測血液中的乳酸水平,來評估自己的健身和訓練計劃。另外,醫生們也通過檢測病人在運動中的乳酸水平,來進行疾病診斷,例如心臟病或肺病。

由汗液驅動的生物電池

  目前,乳酸檢測不但不方便,而且會干擾測試過程,因為血液樣本必須要在運動過程中的不同時間點採集,然後進行分析處理。

  美國加州大學聖地亞哥分校的賈文昭和同事們發明了一種可以在運動過程中,更快速、容易和舒適地檢測乳酸水平的方法。他們將一個柔軟的乳糖傳感器壓印在紋身貼紙上,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為設備供電。

  研究者把紋身貼紙貼在了10個健康志願者的上臂,然後讓他們在健身車上進行30分鐘阻力不斷增大的運動,同時測量設備產生的電流。這樣,研究者們就能夠在運動強度不斷改變的情況下,持續監測汗液中的乳酸水平。

  隨後,研究團隊又利用這些研究結果製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乳酸分子中奪取電子,然後將電子傳遞到陰極上附著的電子受體上,從而產生電流。

  研究者讓15名志願者佩戴文身生物電池在健身車上進行運動。有意思的是,身體不那麼強壯的人(運動頻率低於每週1次)要比那些較強壯的人(每週鍛煉1-3次)產生的能量要多,而每週運動多於三次的人產生的能量最少。

  研究者認為這很有可能是因為,身體較弱的人會更快感到疲勞,使得糖酵解反應更早啟動,因此產生了更多乳酸。

運動產生乳酸

  賈博士指出:“目前這個裝置產生的電流還很微弱,但是我們正在研究加強電流的方法,希望最終可以達到驅動小型電子設備的水平。

這個設備是表皮電化學生物感應和生物燃料電池相結合的首例

  現在我們獲得的最大能量是每平方厘米皮膚70微瓦,但是我們使用的電極只有2毫米×3毫米,所以只能產生約4微瓦的能量,這對於需要至少10微瓦才能驅動的手錶來說也還太低。因此除了獲得更高的能量,還需要讓裝置能夠儲存產生的電流,從而提高工作效率。”

  實驗室負責人約瑟夫·王說:“這個設備是表皮電化學生物感應和生物燃料電池相結合的首例,這種結合在未來具有很大的應用潛力。”




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