ĐIỆN SINH HỌC

HIỆN TƯỢNG PHÁT ĐIỆN Ở CƠ THỂ SỐNG
Lý Sinh Học
Seminar
Nhà vật lý Anh M. Faraday, người phát hiện và ứng dụng điện cảm ứng vào chữa bệnh đã có lần nói: "Cho dù điện vật lý có hấp dẫn bao nhiêu thì cũng chẳng thể nào đem so được với sức cuốn hút kỳ diệu của điện sinh học, của dòng điện đang sống trong mỗi chúng ta".
I. MỞ ĐẦU
1. Vi sinh vật
Geobacter sp
"Quá trình phân rã các hợp chất hữu cơ trong tế bào vi sinh vật luôn đi kèm với sự phóng thích năng lượng điện tử". M.C.Porter (1911)
II Một số hiện tượng phát điện ở cơ thể sống

Nguyên tắc:
Nguyên tắc chính của tế bào năng lượng vi sinh vật (microbial fuel cells) là dòng electron được chuyển gián tiếp thông qua sự tương tác giữa sản phẩm khử với điện cực dương. Sự tách biệt về mặt không gian của phản ứng nhận electron tạo ra chênh lệch về suất điện động và xuất hiện dòng electron chạy qua khi ta dùng dây dẫn nối 2 điện cực lại.
Ngoài Geobacter sp, còn có một số loại vi khuẩn có tiềm năng này như vi khuẩn Shewanella, Methanobacteria …
vi khuẩn Shewanella
Ứng dụng
- Sản xuất điện từ các nguồn chất thải. - Xử lí nước và làm sạch môi trường.

Tại Mỹ mỗi năm trung bình 33 tỷ gallon nước thải sinh hoạt phải xử lý sơ bộ trước khi đổ ra sông. Nếu chỉ tính riêng tiền điện thì mỗi năm Mỹ phải chi 25 tỷ USD cho quá trình vận hành hệ thống xử lý. Đó là chưa kể đến một lượng lớn hóa chất tiêu tốn và mới chỉ tính riêng Mỹ... Cả thế giới vừa phải đối phó với nguy cơ thiếu nước sạch, vừa phải giải quyết tình trạng lượng chất thải ngày một nhiều do sức ép dân số.
2. Thực vật
Dòng điện trong cơ thể thực vật rất yếu. Nhưng dòng điện yếu không có nghĩa là không có. Vậy điện trong cây phát sinh như thế nào?
Có rất nhiều nguyên nhân khiến cây sản sinh ra điện.
Ví dụ: Quá trình hấp thụ khoáng KCl của cây đậu tương. Các ion của KCl được hút vào rễ, Cl- từ rễ được hút lên các tế bào ngọn, làm tăng số ion âm trên ngọn, trong khi đó, các ion dương của K+ lại tập trung ở đầu rễ. Kết quả là xuất hiện một điện thế giữa ngọn và gốc.
3. Động vật

Cá chình điện có thân dài khoảng 1.5-2m ở hai bên sóng lưng của cá chình điện, có 2 "nhà máy điện", mỗi "nhà máy" gồm 70 "cột điện" đấu song song, mỗi "cột" là một chồng gồm 6.000 tế bào phát điện đấu nối tiếp.
3.1 Cá chình điện (Electrophorus electricus)
Lúc gặp mồi hoặc kẻ thù, cá chình điện có thể phóng một loạt từ 10 đến 30 "cú điện" với điện thế lên tới 900V, mạnh có thể 1000 V, để quật ngã và làm tê liệt đối thủ.
Ngoài ra,cá chình điện còn có thể phát liên tục những xung động điện với điện thế thấp để định hướng và thăm dò môi trường trong những vùng nước đục hoặc tối.
Electrophorus electricus
Chúng ta có thể lập mô hình tính toán như sau :
Suất điện động E của bộ pin gồm 5000 bản điện/dãy và 140 dãy song song chính là suất điện động của mỗi dãy:
E = 5000.0,15 = 750V
Điện trở của một dãy: Rd = 5000.0,25 = 1250(ohm)
Điện trở nội của bộ pin E:
1/Rn = 140(1/Rd)
Vậy Rn = Rd/140 = 1250/140 =8,92(ohm)
Nếu xem điện trở của nước Rnước= 800ohm, khi đó theo định luật Ohm cường độ dòng điện cá chình phóng ra sẽ là:
I = E/(Rn + Rnước)=750/(8,92+800)= 0,936A

Dòng điện này rất nguy hiểm có thể làm tê liệt nhiều động vật và người!

Tại sao chính bản thân cá chình lại không bị nguy hiểm bởi dòng điện của nó?

Với 140 dãy bản điện mắc song song, cường độ dòng điện qua mỗi dãy sẽ là:
Id = 0,936/140 = 0,0066A = 6,6mA
Như vậy dòng phóng ra từ thân cá rất lớn nhưng khi chạy trong thân cá chúng lại chia ra các dòng phân nhánh riêng biệt cho từng nhánh cơ. Các dòng phần nhánh này chỉ 6,6mA, quá nhỏ nên không gây hại cho cá.
Ở Nhật, ông Kazuhiko Minawa bỏ ra hơn một tháng để thiết kế một hệ thống sử dụng điện của cá chình thắp sáng một cây thông giáng sinh.
Bằng cách cho hai panô nhôm ở bên trong bể cá hoạt động như hai điện cực để thu hút điện. Dây điện nối với hai panô cung cấp điện cho các bóng đèn trên cây thông giáng sinh gần đó.
3.2 Cá trê điện
Dài gần 1m, được tìm thấy ở những vùng nước ngọt Châu Phi. Loài cá này gây những cú sốc điện mạnh gần bằng cá chình điện.
Có thân dẹp hình dĩa hoặc bầu dục, hai bên giữa đầu và vây ngực có cơ quan phát điện Cá có 90 "cột điện" đấu song song, mỗi cột gồm 400 "tấm điện" đấu nối tiếp.

3.3 Cá đuối điện (torpedo ray)
Torpedo ray
Cá đuối phóng điện nhờ vào việc co cơ để sắp xếp lại các tấm pin trong người nó
Tùy từng loại cá đuối điện khác nhau mà có thể phóng ra dòng điện tới 30A và hiệu điện thế tới 1000V.
Sự phóng điện này giống như phóng điện từ sấm chớp. Sau đó nó sẽ lại nạp điện từ từ.
Dòng điện của các đuối ngư lôi có tác dụng chữa bệnh đau nhức đầu.
Cá nheo điện còn gọi là cá mèo, gây mê hoặc giật chết con mồi, hoặc xua đuổi kẻ thù bằng cách phóng những luồng điện. Các cơ quan sinh ra điện đều nằm dưới da, dọc theo chiều dài thân và đuôi. Một con cá mèo lớn có thể tạo ra một luồng điện có điện áp 350V.
3.4 Cá Nheo Điện
Loài cá sinh điện yếu là cá gymnotiform (Brachyhypopomus pinnicaudatus), một loài cá không răng có nguồn gốc ở vùng sông Amazon.
Cá gymnotiform
3.5 Một số loài cá khác có khả năng phát điện
Cá đực dành khoảng 11% đến 22% năng lượng cơ thể cho các màn trình diễn điện về đêm. Cá gần như không dùng đến khả năng này, chỉ tốn 3% năng lượng cơ thể.
Cá gymnotiform
4. Phát điện ở người
Mỗi cơ thể con người là hàng tỷ tế bào, mỗi tế bào là một chiếc pin sống. Chỉ có điều các pin này hết sức nhỏ, nên điện của chúng tạo ra vô cùng yếu.

Các nhà khoa học đã đo được trong mỗi tế bào não có một dòng điện khoảng 90 mV, và với 15-18 tỷ tế bào não, ta sẽ có một dòng điện cực mạnh. Trong mỗi con mắt của một người bình thường cũng có tới 130 triệu tế bào.
Theo các nhà khoa học của Nga, thông thường các tế bào não hay tế bào thần kinh được sắp xếp theo một trật tự nhất định và điều khiển mọi hoạt động bình thường của con người. Nếu ở người nào các tế bào đó bị sắp xếp lộn xộn, các pin yếu kết hợp lại và phóng điện ra ngoài, thì người đó sẽ có khả năng... đặc biệt.
Các nhà khoa học cho rằng, xung quanh những người này luôn xuất hiện một trường điện từ rất mạnh được điều khiển từ bộ não. Khi muốn thì khả năng đặc biệt mới bộc lộ, còn bình thường họ không có gì khác biệt với chúng ta.
THE END
Tổ 3B Lớp Sinh07B
Tạ Thị Phương Đông
Phạm Thị Mỹ Linh
Đinh Thị Chúc Tươi
Trương Thị Kim Tuyến
Huỳnh Thị Ngoan
6. Lê Thị Yến Nhi
7. Nguyễn Thị Thùy Trang
8. Nguyễn Thị Diễm Trinh
9. Nguyễn Thị Tuyết Vân
10. Đào Thị Cẩm Giang