人體發電機,新型類膠原蛋白材質可讓士兵自體發電

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 12 日 15:47 | 分類 材料 , 材料、設備 , 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


人體植入式裝置多年來拯救了許多生命,但電力來源始終是這類裝置的一大限制,因此以色列台拉維夫大學研發出類似膠原蛋白的材質,可產生電流為小型植入式裝置提供電源,這項材質未來可望在軍事有許多相關運用。

膠原蛋白(Collagen)是強韌且具有彈性的材質,也是人類體內比例最高的蛋白質,多年來在醫療領域尤其醫美方面,有非常廣泛的應用,但由於膠原蛋白的分子結構較複雜,使研究者很難在醫療之外的領域找到合適運用方式。

▲ 膠原蛋白結構圖,因結構較複雜,目前科學家尚未找出太多醫療外的用途。(Source:維基百科

因此,特拉維夫大學 Ehud Gazit 教授帶領的團隊,在 2019 年 4 月發表論文,公開了新型材質的研發成果,團隊運用奈米科技,打造出與膠原蛋白結構類似的膠狀材質,與膠原蛋白具有同樣的強韌和彈性,但分子結構更為簡單,只由三種氨基酸組成。

今年 5 月的《自然通訊》(Nature Communications)期刊,團隊再次發表材質的應用概念,「新膠狀蛋白材質的結構,大量氫鏈(Hydrogen bonds)組成的螺旋狀分子結構,可以形成電偶極子(Dipole)並與外部電流磁場交互作用,產生壓電效應(Piezoelectricity)。」Gazit 教授表示,壓電效應使新材質可成為介電質,它特殊的螺旋狀分子結構,在體內就如同天線,可透過身體部位移動,接收並產生電流。

運用壓電效應──當物體摩擦或擠壓,使介電質(可被電極化的絕緣體)出現機械能與電能互換現象,相關裝置已在東京出現,東京各大地鐵站都可看到特殊的踏板,透過人來人往踩踏,踩在板上的力就轉成電流,替地鐵站的廣告看板供電。

▲ 東京已有使用壓電效應研發的踩踏發電板裝置,替廣告看板供電。(Source:Rethinking The Future

由於人體透過運動和摩擦也可產生電流,因此這種膠狀材質未來可當作新型植入式裝置的主要結構,解決現有裝置必須使用電線或電池造成身體排斥或感染的問題。

軍事領域一直都對植入式裝置很有興趣,過去幾年特別注重腦波通訊、士兵生理狀態顯示、生化武器探測甚至智力和記憶力強化等相關裝置研發。研究團隊研發的這項新材質,可解決目前這些裝置無法解決的電力供應問題,未來士兵可透過膠狀蛋白植入裝置,使感知能力大幅強化。

(首圖來源:pixabay