文｜歡仔258

動一動，用汗水發(fā)電

文｜歡仔258

2015年的菠蘿發(fā)明獎，頒給了來自美國加州大學圣地亞哥分校賈文昭等研究者的新發(fā)明——一種利用汗水發(fā)電的紋身貼。那么，為什么汗水也能發(fā)電？它的奧秘在哪里？

酶生物燃料電池問世

提到新能源，當人們還在想著太陽能、生物質(zhì)能等“傳統(tǒng)新能源”時，加州大學圣地亞哥分校的研究團隊已經(jīng)把目光瞄準了我們?nèi)祟愖约骸煤顾畞戆l(fā)電。

近年來，隨著可穿戴設備的興起，對這些設備的電源也提出了新的要求——更輕便、易于充電、對人體無傷害。因此，研究人員設想研制出能從穿戴者身上獲取足夠能量的可穿戴式電源。于是，就有了紋身生物燃料電池。

通常，人在做劇烈運動時，會產(chǎn)生乳酸等代謝物質(zhì)，研究者利用酶來催化這些普通的生化物質(zhì)和代謝產(chǎn)物，產(chǎn)生能量，制作出一種可以發(fā)電的紋身貼——酶生物燃料電池。想想看，夏天大家大汗淋漓的時候，在每個人身上都貼這么一塊電池來發(fā)電，那是一幅多么熱火朝天的景象?。?/p>

“汗水電池”這個新發(fā)明，讓人們把產(chǎn)生能源的方式又回到人類自身。比如，以后你會選擇自己爬樓梯并發(fā)一點電，還是去坐電梯消耗電呢？

監(jiān)測運動，順便發(fā)個電

人在做運動時，運動越劇烈，身體產(chǎn)生的乳酸也就越多。劇烈運動時，人體需要產(chǎn)生更多能量，因此會激活糖酵解代謝途徑。而該過程的代謝產(chǎn)物除能量外，還有乳酸。職業(yè)運動員可以通過在體能測試中監(jiān)測血液中的乳酸水平，來評估自己的健身和訓練計劃。另外，醫(yī)生們也通過檢測病人在運動中的乳酸水平，來進行疾病診斷，例如心臟病或肺病。

但是，現(xiàn)有的乳酸檢測手段不但不方便，還會干擾測試過程，因為血液樣本必須要在運動過程中的不同時間點采集，然后進行分析處理，所以通常需要在運動中停下來，以檢測血液中的乳酸含量，而這對正處于運動中的人們來說顯然是不現(xiàn)實的，他們因此也就無法實時掌握自己的乳酸水平數(shù)據(jù)。

為解決這個問題，賈文昭所在的研究團隊最初設想的是做一個體外監(jiān)測器。他們意識到，醫(yī)療保健行業(yè)正向著可穿戴式生物醫(yī)學設備方向轉(zhuǎn)變。這些設備便于監(jiān)控重要的生理參數(shù)，如心率或血壓。研究者期望以非侵入且連續(xù)的方式，從人體汗液中測得相關數(shù)據(jù)。

由于人體汗液中的乳酸含量很高，因此，研究者將乳酸氧化酶“印”在紋身上，將它作為陽極物質(zhì)，同時應用媒介體和碳納米管來催化乳酸的氧化，并采用鉑納米顆粒作為陰極，來催化空氣中氧氣的還原反應，從而在“汗水電池”中產(chǎn)生電流。這樣，通過電流的大小，人們就可以實時判斷測試者的運動情況。

“自食其力”有電發(fā)

研究者賈文昭表示，佩戴這種生物燃料電池和貼一張普通的紋身貼紙一樣，沒有特殊的感覺，而且一張貼紙可戴一天。在實驗中，志愿者戴著臨時紋身生物燃料電池在一天內(nèi)運動2次，中間相隔4小時，電池還是可以正常工作。

不過研究團隊表示，現(xiàn)在這個電池的發(fā)電量還不高。該電池每平方厘米最大發(fā)電量目前能達到70微瓦，但是他們現(xiàn)在只能把電池做到2mm×3mm大小，能產(chǎn)生4微瓦的電量。這些電量對手表來說還小了點，一塊小的電子手表至少也需要10微瓦才能運轉(zhuǎn)。但別看它現(xiàn)在發(fā)電小，未來可大有發(fā)展。研究者正在尋找更有效的媒介體使催化效率更高，產(chǎn)生更大的電流。此外，研究者還計劃采取串聯(lián)并聯(lián)的方式使電量更大，再借助電子元件儲存電量，給電子設備供電。

不過具體能發(fā)多少電，還是要看佩戴者的身體素質(zhì)。從乳酸含量看，身體素質(zhì)越弱發(fā)電量反而越高。因為汗液中乳酸的分泌與身體運動強度直接相關，在無氧代謝時，高乳酸水平對應高的肌肉勞累程度。因此不經(jīng)常運動的人在進行高強度運動時，產(chǎn)生的乳酸濃度會較高，也就會產(chǎn)生更大的電量。

除了做成紋身貼外，“汗水電池”還可能做成什么樣子？賈文昭表示：“我們正在研制不同的載體，比如衣服、運動頭箍等。我們希望這樣的電池最終可以作為我們的可穿戴傳感器供應電源，這樣，穿戴者就可以依靠自己提供的能量，來監(jiān)測自己的健康水平?！?/p>

“汗水電池”這個新發(fā)明，讓人們把產(chǎn)生能源的方式又回到人類自身。比如，以后你會選擇自己爬樓梯并發(fā)點電，還是去坐電梯消耗電呢？（來源：果殼網(wǎng) 責任編輯/余風）

作者系光學工程專業(yè)碩士生。

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2015年4月12日，第4屆中國菠蘿科學獎頒獎典禮在杭州舉行，9個國內(nèi)外“有意思的”的科研成果或事件獲獎。

菠蘿科學獎被譽為中國版“搞笑諾貝爾獎”，過去4年來，一批看似無厘頭、實則是嚴肅認真的科研成果相繼獲獎，正是表達了菠蘿獎主創(chuàng)人員“向好奇心致敬”的初衷。據(jù)主辦方透露，未來菠蘿科學獎還將設置一個“菠蘿皮獎”，專門鼓勵那些嘗試多次仍然失敗的科學研究。

2006年諾貝爾物理學獎得主喬治·斯穆特教授是今年菠蘿科學獎的頒獎嘉賓之一，他認為，科學獎應當以不同的方式去鼓勵科研人員，既需要諾貝爾獎這樣嚴肅、正式的獎項，也需要搞笑諾貝爾獎這樣有趣、另類的獎項。

菠蘿科學獎的口號是“向好奇心致敬”，因此，每年都會公布我國城市好奇心指數(shù)。今年的好奇心指數(shù)調(diào)查依托淘寶“大數(shù)據(jù)”，在調(diào)查了10個不同城市人群對20個關鍵詞的搜索頻率并運用科學算法后，發(fā)現(xiàn)北京城市好奇心指數(shù)位列首位，之后依次為上海、天津、重慶、南京、深圳、西安、武漢、沈陽和杭州。（來源：本刊資料室）