Elektřina ze šneků a slimáků? Čeští vědci odhalili způsob, jak ji získat
Při pohledu na šneky by asi jen málokdo řekl, že by se z nich v budoucnosti mohly stát vysoce výkonné baterie.
Spočívá budoucnost energetiky ve šnecích?
Vědci z Clarksonovy univerzity v americkém Potsdamu zkoumají, jak by se dala získávat ze šneků a slimáků elektrická energie. Výzkum vede Evgeny Katz a celé to zdaleka není tak šílené, jak by se mohlo zdát. O tomto projektu už informoval i prestižní server Nature.com.
Jak ze šneků energii získat? Je k tomu potřeba miniaturních implantovaných palivových článků napájených chemickými reakcemi ve šnečí krvi. Přestože šnek vyprodukuje jen miniaturní množství elektřiny, tato energie se udržuje v kondenzátoru, jenž ji pak může odvést, kam vědci potřebují – třeba na pohon nějakého drobného zařízení.
Morče místo baterky
„Myšlenka používat drobná zvířata jako přenosný zdroj energie není nová,“ uvedl šéf výzkumu Evgeny Katz. „Pracuje se na ní už nejméně 20 let. Zatím ale nebyly pokusy moc úspěšné.“ Teprve vědcům z Clarksonovy univerzity se podařilo prorazit – elektrody, které vyrobili, fungovaly po dobu několika měsíců.
„Šneci normálně žijí v přírodě asi 2–3 roky,“ vysvětluje Katz. „V naší laboratoři s implantovanými elektrodami přežili 6–12 měsíců, pravděpodobně proto, že jsme jim nebyli schopní zajistit perfektní životní podmínky.“ Podle Katze má tato technologie i využitelné aplikace, především pro medicínu. Malé přístroje poháněné bioelektřinou by mohly registrovat celou řadu procesů, které v lidském těle probíhají.
„Dokážu si představit množství užití, od chemie přes medicínu, až po vojenské a bezpečnostní účely,“ uvažuje Katz. Co tím myslí? Zvířata by takto mohla jednou dodávat elektřinu například kamerám, navigačním přístrojům anebo chemických detektorům. To je ale podle doktora Katze ještě velmi vzdálená budoucnost. „Praktické aplikace jsou vzdálené řadu let…“
Češi v akci
Na tomto projektu se podíleli i čeští vědci, kteří na Clarksonově univerzitě pracují. Zeptali jsme se jedné z nich, Dr. Lenky Halámkové, jak výzkum probíhal a jaká v něm byla role Čechů:
V čem je myšlenka elektřiny ze živočicha nová?
Tento článek je vyústěním jednoho z našich projektů, ale myšlenka sama – tedy implantovatelný biopalivový článek produkující elektrickou energii ze živého tvora – není nová. O vznik biočlánku se různé vědecké týmy pokouší už zhruba 20 let.
O co jste se snažili?
Náš výzkum v této oblasti není krátkodobá záležitost. Vede jej prof. Evgeny Katz a vedoucí jeho týmu, Dr. Jan Halámek. V této oblasti jsou principiálně dva směry výzkumu. Za prvé implantovatelné biopalivové články použitelné v klinické medicíně. Ty by využívaly například glukózu přítomnou v cirkulující krvi. Jako nejjednodušší aplikaci mohu uvést kontrolu hladiny cukru u diabetických pacientů, případně jako možný zdroj energie pro kardiostimulátor apod. Pro výzkum těchto aplikací se většinou používají laboratorní zvířata (krysy, králíci atd.). Zde je konečným cílem úspěšná a funkční implantace v lidském těle.
Druhý směr je směřován na analytické postupy, vojenské a bezpečnostní aplikace. Zde se očekává využití zmiňovaného principu jako zdroje elektrické energie pro napájení různých senzorů a vysílačů. Dá se říci, že naše práce směřuje více tímto směrem.
Zkuste popsat, co přesně se vám vlastně podařilo.
Nám se za pomocí dvou enzymů povedlo štěpit molekuly glukózy, která je přirozeně přítomná v hemolymfě šneků, a tak dlouhodobě produkovat elektřinu. Implantovali jsme do zvířete námi vyrobené elektrody z tzv. "Bucky paper" (MWCNT) s imobilizovanými enzymy. Enzymem, jenž umožňuje štěpení glukózy (PQQ-GDH; PQQ glukóza dehydrogenáza) bez přítomnosti rozpustného mediátoru, jsme modifikovali jednu elektrodu (anodu). Druhou elektrodu (katodu) jsme získali podobným způsobem. Ale na této elektrodě pak enzym lakáza redukoval kyslík rozpuštěný v hemolymfě šneka a vznikající elektrický proud byl úměrný fyziologické hladině glukózy experimentálního živočicha.
Máte elektrody. Ale co s nimi potom?
Takto připravené elektrody jsme implantovali pod ulitu živého šneka do tělní dutiny, který pak během měření nejen normálně prospíval, ale dokonce i přijímal potravu. To se odrazilo i na získaném množství elektrického výkonu. Množství získaného výkonu samozřejmě nebylo vysoké. Ale při této první realizaci živého biopalivového článku nám šlo především o to, aby palivem byl opravdu endogenní zdroj energie daného zvířete, které tak přirozeně zásobuje biočlánek po dlouhou dobu a samotné zvíře při tom zůstane naživu a v dobré kondici.
Plánujete v tomto projektu pokračovat? A čím?
Dalším krokem v našem výzkumu je tak přirozeně přechod k jinému zvířeti, které nám bude schopno dodat více glukózy, a tím i více elektřiny. Takový krok už byl uskutečněn a bude již brzy publikován.
Jaké to bude zvíře?
Tentokrát půjde o zástupce mořských mlžů. V současnosti pracujeme dále na zdokonalení elektrod s imobilizovanými a stabilizovanými enzymy, rovněž zkoušíme využít i jiná biopaliva, než je glukóza.
Jakou roli měli v tomto experimentu Češi?
Pokud jde o úlohu nás, českých členů týmu, tak ten byl v podstatě zásadní. Jako biolog jsem původně měla na starosti tuto část projektu, ale postupně jsem převzala i samotná měření. Dr. Jan Halámek, jako vedoucí týmu, kromě toho, že byl zodpovědný za koncepci jako takovou, měl na starosti také realizaci implantovatelných elektrod.
Studii naleznete ZDE
