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　　人类细胞启发了下一代能源储存技术，一种模仿人类细胞的新型离子高速公路有望显着提升电池性能。

　　科学家们正在利用自然界的某些化学特征来模仿人体细胞中的开关。通过将吸引或排斥水的分子排列起来，科学家们得以创建类似于电路设计和计算中常常使用到的逻辑门，从而开启带电离子快速流动的通道。这不仅是一个好消息而已，也是我们尊重人体复杂性而带来重大成果的一个例证。

　　由来自加州伯克利的劳伦斯伯克利国家实验室和华盛顿州立大学的研究者所撰写的关于这项研究的新论文已在11月19日发布在《高级材料》期刊上。

　　带电离子高速公路

　　在实验中，五位共同作者利用人体化学的知识构建了一个以胶状形式存在的纳米颗粒网络，从而利用这些材料在自然界中如何“膨胀”以适应带电离子的通过。水和离子在人体中至关重要——我们的身体传导大量的电能，并依赖专用通道和某些障碍物来传递离子和水。这一材料的成功得益于其中使用的亲水性分子和疏水性分子呈现出的巨大反差。

　　为了构建这条水基离子高速公路，科学家们使用了由疏水性和亲水性分子所构成的三层“薄膜”结构。化学原理使其能够“吸引离子”进入这条高速公路，并通过用疏水性分子包围亲水性通道来创建匝道。这一过程模仿了我们细胞用来控制水是否通过细胞壁的机制，从而将电解质和其它物质运输到人体中。

　　在这次实验中使用的特殊材料类型被称为“有机混合离子电子导体”，其中的离子通常会混乱地运行，从而减慢电流的通过。它们这种混乱性与水被引导而有序快速地通过细胞壁形成鲜明对照。“我们发现，离子在导体中流动得不错，但它们必须流过一个矩阵，这个矩阵就像错综复杂的老鼠洞一般的电子流渠道，这减慢了离子流的的速度。”资深作者Brian Collins在华盛顿州立大学发布的声明中表示。

　　因此，为它们提供一条宽敞的离子高速公路会大幅提升其运输速度。这些匝道的设计以及利用化学方法来切换它们，模仿了人体分子运输的行为，而这些行为的奥妙之处我们至今仍未完全理解。例如，我们不确定体内的某些分子（如某些蛋白质）是如何能够执行多达六种不同的任务，这些任务需要蛋白质呈现完全不同的形状。

　　仿生研究开拓新天地

　　有时，科学将人体简化为一台“机器”，这种观点会阻碍进步，它忽视了系统的复杂性，从而导致基于不完整信息而得出错误结论。我们的细胞并不是一台机器，它们更像是可以在一天内多次切换工作的自由工作者，以支持各种复杂的任务，而这一切都依赖于我们体内的各种分子。

　　在构建了仿生薄膜并测试其离子运输速度后，研究人员发现，这条离子“高速公路”让运输速度比传统的电泳方法快了整整一个数量级。这两种方法在锂离子电池的生产和设计中都有应用，因为离子的流速会影响电池的功率输出、充电时间和容量。

　　一想到利用仿生的分子开关就能更有组织地将离子引导到所需位置，这实在令人兴奋。想像一下，之前需要将一排水杯放在飞溅的雨水下来取水，现在忽然发现原来可以使用一种叫作水龙头的东西，更快更好地达成目标。这正是针对此项新研究成果最形象化的解释。