印度賈達普大學(Jadavpur University)物理系有機奈米壓電元件實驗室助理教授Dipankar Mandal以及他的學生Sujoy Kumar Ghosh,共同開發出這種生物啟發的能量採集裝置,它利用魚鱗中的膠原蛋白奈米纖維產生能量。

Mandal表示,「魚鱗是由具有壓電特性的膠原蛋白纖維組成的,因此,我們用了一點小技巧——直接利用魚鱗製作壓電奈米發電機,從而打造機械式能量採集器。」

為此,研究團隊從魚類加工市場中收集廢棄的生魚鱗片,打造出透明的能量採集器,然後再透過去礦物質的過程使其軟化。Mandal說:「魚鱗中的膠原蛋白層可作為主動壓電元素;藉由在兩側製作電極後進行層疊壓合,從而開發出生物壓電奈米發電機,或能量採集器。」

20160922 fish NT01P1 壓電能量採集器利用魚鱗中的膠原蛋白產生能量 (來源:Dipankar Mandal, Jadavpur University)

魚類廣泛被消費食用,但在此消費過程中的廢棄物處置方式卻十分混亂,而且還得花費一大筆錢。因此,這讓研究人員們產生了靈感,他們希望找到一種能夠重複利用這種物質的方式。Mandal說:「如果我們能回收再利用這些廢棄的魚鱗,將有助於找到一種能夠降低廢棄物處置成本的潛在途徑,以及延伸出一些具有附加價值的產品。」

Mandal與Ghosh在《應用物理快報》(Applied Physics Letters)中發表有關這項研究與成果的文章。

Mandal與Ghosh開發的能量採集器特別適用於植入人體中的醫療裝置,Mandal解釋,這不僅僅是因為這一類元件通常只需不必耗用許多能量的微型電池,同時也由於它依靠天然成份提供能源。

Mandal補充說:「值得注意的是,膠原蛋白存在人們的皮膚、肌腱、韌帶、軟骨、骨、血管、牙齒和肌肉組織中;因此,以魚鱗打造的元件預計應該也能相容於人體的各部位。」相反地,大部份現有的傳統壓電材料都由有毒物質組成,必須經過多個處置步驟,才能用於製造元件。

而且,其他的壓電能量採集器往住也較易碎且非軟性材料,因而可能限制其於醫療監測、自供電植入式生物醫療元件以及在人體中的標靶藥物治療等應用。

研究人員特別看好的應用之一是在心臟起搏器中植入這種能量採集器,使其得以利用人們的心跳持續採集能量,以及不斷地為起搏器供電,因而無需充電或為了換電池而進行手術。「由於心臟的組織中也帶有膠原蛋白的成份,預計這種能量採集器更適於這類人性化的應用。」

Mandal與Ghosh計劃持續擴展這項能量採集器的開發,並在不同的生物醫學與自供電裝置中進行測試。

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編譯:Susan Hong

(參考原文:Fish Scales Used to Create Bio-Inspired Energy Harvester for Medtech,by Elizabeth Montalbano)