Het Miurapatroon dat ontwikkeld is door de Japanse astrofysicus Korio Miura en vaak gebruikt wordt voor het opvouwen van zonnepanelen van satellieten

Onderzoekers van, onder meer, de universiteit van Freiburg (Zwi) hebben een biocompatibele energiebron ontworpen die geïnspireerd is op die van de sidderaal. Die ‘lichaamsbatterij’ zou als stroomvoorziening kunnen dienen voor allerlei medische hulpmiddelen, zoals pompjes hartgangmakers enz.

De batterijtjes zijn gemaakt van gel en zout. Het zouden de eerste biocompatibele kunstmatige elektrische orgaantjes kunnen zijn die meer dan 100 V aan spanning kunnen opwekken. Ze produceren een constant hoog voltage bij een lage stroomsterkte, zoiets als een dunne waterstraal onder zeer hoge druk. Wellicht is dat genoeg om een hartgangmaker (vaak aangeduid met ‘pacemaker’) aan de gang te houden.
Voorlopig is de lichaamsbatterij nog niet te gebruiken, maar Michael Mayer van de universiteit van Freiburg denkt dat die in de toekomst dienst zou kunnen doen om allerlei (ook inwendige)
apparaatjes van stroom te voorzien. “De sidderaal polariseert en depolariseert duizende cellen tegelijkertijd waarmee het beest hoge spanningen kan opwekken”, zegt Max Shtein van de universiteit van Michigan (VS). “Het is bekeken door een ingeneiursbril een fascinerend systeem.”
Een van de geheimen van de sidderaal was het verschijnsel dat transmembraanvervoer wordt genoemd. De elektrische organen van de sidderaal bevatten duizenden compartimenten, elk met een overmaat aan kalium- of natriumionen. De compartimenten worden gescheiden door membranen, die, in de rusttoestand, beide ionen gescheiden houden. Als de aal een stroomstoot wil teweegbrengen, dan laten de membranen de ionen door met een elektrische schok als gevolg.

Keukenzout

De onderzoekers bouwden iets soortgelijks, maar in plaats van natrium- en kaliumionen gebruikten ze natrium- en chloorionen, de samenstellende delen van keukenzout. Met behulp van een printer maakten ze vellen met duizenden hydrogeldruppeltjes met of zout of puur water. Dat lijkt op hoe de elektrische organen van de sidderaal zijn samengesteld.
Nu moesten ze nog dat selectieve membraandoorlaatgedrag nabootsen. Daartoe maakten ze een tweede vel van een ladingsafhankelijke hydrogel. Elk druppeltje laat of het negatief geladen chloride door of het positief geladen natriumion (en niet anders). Om stroom op te wekken moeten de twee vellen tegen elkaar aan worden gedrukt, waardoor de zout- en waterdruppeltjes via de ladingselectieve laag met elkaar worden verbonden. Als het zout en zoet water mengt bewegen de natrium- en de chlorideionen in tegenovergestelde richtingen waarmee er dus een elektrische stroom onstaat.
De onderzoekers namen nog een truc van de sidderaal over. Die kunnen hun ionencompartimenten zo groeperen dat ze een stroomstoot produceren waar die nodig is. De onderzoekers moesten ook iets dergelijks doen met hun duizenden afwisselende cellen (druppeltjes), om ze op dezelfde manieren tegelijkertijd te combineren.

Miuravouwen

Shtein c.s. losten dat probleem op met een origamitechniek (origami is Japanse papiervouwkunst) die Miuravouwen wordt genoemd naar de Japanse astrofysicus Korio Miura van de Universiteit van Hirosaki. Die vouwtechniek wordt vaak gebruikt om zonnepanelen van satellieten op te vouwen en te ontvouwen als ze te bestemder plaatse zijn aangekomen.
Ze gebruikten eigenlijk het idee in omgekeerde volgorde. Ze wisselden de vier druppeltypes (zout, zoet, doorlaatbaar voor chloride, doorlaatbaar voor natrium) af in een bepaald, precies patroon op een vlak vel dat vervolgens met een laser wordt bewerkt tot een Miurapatroon. Als daarop druk wordt uitgeoefend, dan vouwt het vel zich snel, waardoor de cellen in een van te voren bedachte positie terechtkomen.
Mayer: “De elektrische organen van sidderalen zijn ontzettend geavanceerd. Zij zijn veel beter in het opwekken van elektriciteit dan wij, maar het belangrijkste voor ons is dat we in principe hebben nagebootst wat er gebeurt.”

Bron: EurekAlert