生体エネルギー学：デンキウナギに着想を得た、積層されたヒドロゲルでできた柔らかい電源

技術と生体の融合を進めるには、生体適合性と機械的な柔軟性を兼ね備え、生体系内部で得られる化学エネルギーを利用できる電源が必要である。従来の電池は、これらの基準を考慮して設計されてはいない。しかし、デンキウナギ（Electrophorus electricus）の発電器官は、生物学的制約内で動作する電源の一例であり、600 Vのピーク電位差と1 Aの電流という電力特性を特徴とする。本論文では、反復配列したカチオン選択性ヒドロゲル膜とアニオン選択性ヒドロゲル膜によって区切られた小さなポリアクリルアミドヒドロゲル区画の間のイオン勾配を用いる、デンキウナギに着想を得た電源の概念を提示する。このシステムは、拡張性のある積層形状や折りたたみ形状を用いており、この形状自体に記録された機械的接触によって直列に並べた数千のゲル区画を同時に活性化すると、開回路で110 Vの電圧を、またゲルセル当たり27 mW m⁻²の電力を生成する一方で、接触前の電力散逸は回避される。こうしたシステムは典型的な電池とは異なり、柔らかく曲げやすくて透明であり、潜在的に生体適合性がある。これらの特徴は、人工発電器官を、ペースメーカー、埋め込み型センサー、生体系と非生体系のハイブリッド人工器官などの次世代インプラント材料に電力を供給するのに使用できることを示唆している。

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