Это интересно
  Новости по теме
|
Не секрет, что ученые и разработчики любят учиться у природы, заимствуя у нее самые остроумные идеи и решения. Это можно делать и на клеточном уровне – например, для получения электроэнергии тем же путем, каким это делают электрические угри.
Анатомия электрического угря. Можно видеть набор клеток, организованных в параллельные структуры, создающие напряжение и ток. На следующем фрагменте приведена отдельная клетка с ионными каналами, пронизывающими ее мембрану. Наконец, показан отдельный белковый ионный канал 
Электрический угорь в аквариуме Дэвид ЛаВан (David LaVan) и его коллеги уверены, что имеются все возможности для создания искусственной клетки, вырабатывающей электроэнергию по тому же принципу, по которому работают «электрические железы» угрей Electrophorus electricus . Более того, они считают, что искусственный вариант будет лучше и может использоваться для питания всевозможных медицинских имплантатов (а о том, какие они бывают, можно прочесть в статье « Тюнинг человека »). Электрические угри способны направлять совокупную энергию, которую вырабатывают тысячи генерирующих клеток, создавая потенциал в 600 В. Механизм получения энергии схож с тем, что передает электрические сигналы в наших нейронах: химический сигнал стимулирует работу селективных «насосов» - ионных каналов в клеточной мембране, которые перекачивают одни ионы (натрия) внутрь клетки, а другие (калия) – наружу. Поток заряженных ионов создает разницу потенциалов внутри клетки и вне ее, стимулируя работу массы других каналов: начиная с определенной точки процесс становится автокаталитическим, что приводит к тому, что сигнал распространяется вдоль мембраны длинного отростка нейрона. В целом, по словам ЛаВана, известно не менее 7 разных видов ионных каналов, каждый из которых обладает слегка отличными характеристиками и распределением на клеточной мембраны. Нервные клетки содержат больше одних, задача которых не в создании максимального напряжения, а в быстрой передаче сигнала. Генерирующие электричество клетки некоторых животных (электроциты) работают не в пример медленней, зато выдают на-гора намного больший заряд. Чтобы понять принципы их работы, ЛаВан с коллегами разработал цифровую модель, отражающую связь градиента концентрации ионов с электрическим импульсом и протестировал ее на примере нервных клеток и электроцитов. Затем они рассмотрели различные пути оптимизации системы – использование разных типов ионных каналов – с тем, чтобы добиться максимальной производительности энергии. Их расчеты показали, что возможны действительно существенные улучшения. Один из вариантов «искусственной клетки» способен создать импульс на 40% более мощный, чем клетки живых угрей, другой вариант – на 28%. Теперь ученые рассматривают возможности практического создания «батарей» из таких клеток, заключенных в куб стороной около 4 мм и способных генерировать до 300 мкВт энергии, чего вполне достаточно для питания небольших медицинских имплантатов. «Топливом» для них могут служить молекулы АТФ – те же, что и в живых организмов. По мнению ЛаВана, АТФ смогут вырабатывать из имеющегося в организме сахара модифицированные бактерии или митохондрии, прицепленные к этой «батарейке». Хорошо и то, что отдельные компоненты подобных искусственных клеток ученые уже умеют получать в лаборатории – и изолирующие мембраны, и ионные каналы. Если же вы, все-таки, предпочитаете использовать угрей по старинке – например, приготовить с ними суши – то обратите внимание на наши советы по выбору подходящих ножей – настоящих японских: « Скальпель для повара ». По публикации PhysOrg |
