自然界中，电鳗能够产生瞬时的超高电压来保护自己以及捕获猎物。受到电鳗的启发，来自美国密歇根大学的研究团队设计出一种具有生物相容性的人造电子器官，这种器件能够实现快速的大规模生产，并且工作性能稳定可控，发电电压可超过V。
电鳗的能够放电的关键在于其体内串联着的放电肌肉薄片。电鳗尾部两侧的肌肉由规则排列着的~00枚肌肉薄片组成，薄片之间有结缔组织相隔，并有许多神经直通中枢神经系统。肌肉薄片的前后膜通过绝缘结缔组织被束缚在顶部和底部，并对钠、钾两种离子具有选择性，使得两个膜之间的细胞电位累加。每枚肌肉薄片像一个小电池，只能产生毫伏的电压，但近万个“小电池”串联起来，放电时的电压便高达~V，短路电流可达到1A。
▲电鳗产生高电压的原因
为了制造人造电子器官，研究人员通过使用四种水凝胶片作为人造电子细胞的四种主要成分。如图所示，这些水凝胶片呈现“隐形眼镜状”。
▲隐形眼镜状的水凝胶片
▲水凝胶排列接触的过程
它们分别是高盐度的水凝胶(红色)，阳离子选择性水凝胶(绿色)，低盐度水凝胶(蓝色)和阴离子选择性水凝胶(*色)，它们按照一定顺序排列接触，依次形成离子导电通路。由于反向电渗析的作用，这些“四聚体水凝胶细胞”中的每一个会产生-mV的电压。
▲四种水凝胶的依次排列
▲40个水凝胶发电1.V
利用先进的水凝胶打印设备，可以在不到两分钟的时间内装配个凝胶以产生V的人造电子器官。此外，通过将装配与组件分离，例如以预先装载有水凝胶珠的管道形式，可以在几秒钟内实现整个人造器官的组装。
▲快速的制备工艺
就作为动力源的性能而言，电鳗的电子器官可以通过堆叠厚度微米、接触面积达到13,平方毫米的电极产生伏的电压，从而使电极层的电阻最小化到约0.1Ω。相比之下，这种人造电子器官则是沿着数千个具有小的接触面积、相对较厚的水凝胶片产生V的电压，而增加对每个四聚体凝胶则会增加kΩ的电阻。相比与大自然的智慧，人类的研究工作还存在差距。
美国密歇根大学的研究人员使用数以千计的隐形眼镜状水凝胶片串联，使得这些材料能够产生超过V的电压。电鳗的发电组织器官表明，生物体内部的有机电源可以利用代谢可用的能量以理想的功率特性运行。如果下一代设计能够将人工和自然电子器官之间的性能差距缩小一到两个数量级，那么这些人造电子器官就可能开启新大门，在自供能心脏起搏器等人体应用电子设备领域作出新突破。
参考文献：NatureDoi:10./nature
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