(文章來源:搞機(jī)網(wǎng))
一種由碳納米管和二氧化硅納米粒子與DNA鏈編織而成的新型凝膠,使研究人員可以利用某些產(chǎn)電細(xì)菌的力量。
像Shewanella oneidensis這樣的外生電細(xì)菌可以自然地發(fā)電,科學(xué)家們長期以來一直在研究利用這種自然電源的方法。在開發(fā)還有利于細(xì)菌生長,有效且易于編程以控制電流的導(dǎo)電材料時,這樣做提出了許多獨(dú)特的挑戰(zhàn)。來自德國卡爾斯魯厄技術(shù)學(xué)院的一組研究人員的答案是,將一些高科技納米材料結(jié)合成液態(tài)凝膠形式,這種液態(tài)凝膠形式由DNA鏈?zhǔn)`在一起,在此過程中細(xì)菌可以生長,壯并抽出電子。
科學(xué)家在《應(yīng)用材料與界面》上寫道:“含希瓦氏菌的復(fù)合材料可保持穩(wěn)定幾天并顯示出電化學(xué)活性?!?/p>
納米凝膠主體能夠收集電子并將其傳導(dǎo)至陽極,從而產(chǎn)生了一個充滿活力的電池,這一事實對于細(xì)菌的電勢而言甚至更好。這項工作建立在先前對具有實際潛力的細(xì)菌的大量研究基礎(chǔ)之上。研究人員報告說,他們的新材料使他們能夠創(chuàng)建一個不僅可以收集和傳導(dǎo)電力,而且還可以“可編程的生物混合動力”的系統(tǒng)。添加能切割DNA鏈的酶會有效分解材料,從而成為電子流的“關(guān)閉開關(guān)”。
研究小組表示,他們的生物混合系統(tǒng)不僅可以用作動力源,還可以用于制造其他種類的組件。他們寫道:“我們相信,這種生物混合材料的應(yīng)用可能性甚至可以超越微生物生物傳感器,生物反應(yīng)器和燃料電池系統(tǒng)?!痹缭?009年,就已經(jīng)有用微生物造電池的項目了。
在2009年,麻省理工學(xué)院的生物工程學(xué)教授安吉拉·貝爾徹(Angela Belcher)前往白宮,為巴拉克·奧巴馬(Barack Obama)總統(tǒng)演示小型電池,貝爾徹曾利用病毒組裝鋰離子電池的正極和負(fù)極,這是一項工程突破,有望減少電池制造過程的毒性并提高其性能。奧巴馬準(zhǔn)備宣布為先進(jìn)電池技術(shù)提供20億美元的資金,而貝爾徹(Belcher)的紐扣電池則指出了未來的發(fā)展前景。
貝爾徹(Belcher)在白宮降下電池后十年,她的病毒組裝過程迅速發(fā)展。她制造的病毒可以與150多種不同的材料一起使用,并證明她的技術(shù)可以用于制造其他材料,例如太陽能電池。貝爾徹(Belcher)騎著“病毒驅(qū)動的汽車”的夢想仍然沒有實現(xiàn),但是經(jīng)過多年的努力,她和麻省理工學(xué)院的同事們正將這項技術(shù)帶出實驗室并推向現(xiàn)實世界。
作為自然界的微觀僵尸,病毒跨越了生與死之間的鴻溝。它們充滿了DNA,是所有生物的標(biāo)志,但是如果沒有宿主,它們就無法繁殖,這使它們脫離了對生命的某些定義。然而,正如Belcher所展示的那樣,這些品質(zhì)可用于納米工程技術(shù),以生產(chǎn)具有改善的能量密度,壽命和充電率的電池,并且可以以生態(tài)友好的方式生產(chǎn)。
大自然發(fā)現(xiàn)了許多方法,無需借助病毒,就可以用無機(jī)材料構(gòu)建有用的結(jié)構(gòu)。 Belcher最喜歡的例子是鮑魚殼,它在納米級高度結(jié)構(gòu)化,輕巧而堅固。在數(shù)千萬年的過程中,鮑魚不斷進(jìn)化,因此其DNA產(chǎn)生的蛋白質(zhì)可從富含礦物質(zhì)的水生環(huán)境中提取鈣分子,并將其沉積在其體內(nèi)的有序?qū)又?。鮑魚從來沒有到過制造電池的過程,但是Belcher意識到,可以在病毒中實施同樣的基本過程,從而為人類制造有用的材料。
(責(zé)任編輯:fqj)
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