技術(shù)新動(dòng)向微生物細(xì)菌驅(qū)動(dòng)的電池！

技術(shù)新動(dòng)向微生物細(xì)菌驅(qū)動(dòng)的電池！

人體細(xì)胞

　　美國麻省理工學(xué)院科學(xué)家安吉拉-貝爾切爾教授將無害的大腸桿菌M13噬菌體與金屬鈷混合在一起涂于沖壓硅膜之上，從而制造出一種柔軟的微型電池。而且這種電池適合大規(guī)模生產(chǎn)，又不需要太多的資金投入。從理論上講，這種技術(shù)其實(shí)可以將任何表面轉(zhuǎn)化為能源存儲(chǔ)設(shè)備，應(yīng)用于大型的計(jì)算機(jī)以及微型的癌癥或心臟病檢測(cè)器。貝爾切爾介紹說，“利用沖壓技術(shù)制造電池是一種非常特別的想法。我們可以將電池做到非常小，可以為各種微型傳感器提供電源。”早在2006年，貝爾切爾和他的搭檔們就已經(jīng)制造出第一個(gè)細(xì)菌電池。此后，科學(xué)家們一直在不斷改進(jìn)這種電池，希望能夠制造出其他的能量存儲(chǔ)設(shè)備，將電能存儲(chǔ)于織物或容器中。

M13噬菌體做載體

　　美國科學(xué)家們目前最新的研究成果，就是通過沖壓一種基本材料(如硅)，使得負(fù)極的M13噬菌體和正極的金屬鈷能夠根據(jù)他們相應(yīng)的電極和沖壓模式分別自動(dòng)匯集。這意味著這種電池的造價(jià)會(huì)更低廉，電池效能更高。如果使用硅作為基本材料，甚至還可以生產(chǎn)出柔軟的、可彎曲變形的電池。貝爾切爾說，這種基于細(xì)菌的電池的電量大約相當(dāng)于傳統(tǒng)生物電池的兩倍。而且，這種電池非常的小，直徑僅約4微米。生產(chǎn)一節(jié)M13電池只需要大約一個(gè)小時(shí)。當(dāng)然，僅僅一節(jié)小電池并不能容納太多的能量。但是，多個(gè)小電池組成電池組，可以真正在實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)。貝爾切爾曾經(jīng)制造出一個(gè)鈕扣大小的M13電池，并將其用于激光指示器中。經(jīng)過多次充電，目前仍然在繼續(xù)使用。貝爾切爾認(rèn)為，細(xì)菌電池都應(yīng)該是可充電的，應(yīng)該比傳統(tǒng)電池更環(huán)保。

普通的激光指示器

　　安吉拉-貝爾切爾教授解釋說，在自然界中，這種細(xì)菌會(huì)向富含鐵元素的沉積物釋放出多余的電子，但自然界中這種沉積物不多，因此這種細(xì)菌中的電子含量總是很飽滿，它需要一個(gè)可以釋放電子的途徑。如果把電極放在這種含鐵的沉積物中，并把它連成一個(gè)圈，細(xì)菌就可以釋放電量。就這樣，世界上最奇特的“電源”產(chǎn)生了。細(xì)菌電池需要在室溫下組裝，必須保持相對(duì)中性的PH值，盡量少用某些較為麻煩的金屬，如鋰或鈷。在應(yīng)用方面，貝爾切爾認(rèn)為，由于細(xì)菌電池很小，初期一般將應(yīng)用于小型用電設(shè)備，如芯片實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)療植入設(shè)備等?！霸擁?xiàng)技術(shù)可能最大的應(yīng)用將是醫(yī)療監(jiān)測(cè)，用于檢查心血管病和癌癥等疾病?！睆睦碚撋现v，由M13電池提供電源的小型皮下植入設(shè)備可以檢測(cè)到由癌細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。

　　科學(xué)家們?yōu)榧?xì)菌發(fā)電這種新型的供電方式構(gòu)思了廣闊的前景。他們?cè)O(shè)想制造一種機(jī)器能夠?qū)ふ也⒊缘粲袡C(jī)物來產(chǎn)生電流?；驕y(cè)序的先驅(qū)者克雷格-溫特認(rèn)為，微生物供電的方法甚至可以減低對(duì)產(chǎn)油國的依賴。美國國家科學(xué)基金會(huì)的帕特立克-布爾勞尼克說：“細(xì)菌發(fā)電這種模式雖然還處于初級(jí)研究階段，但它具有廣闊的前景?！睘榱俗C明這種供電方式的潛能，科學(xué)家們還設(shè)計(jì)了用細(xì)菌細(xì)胞為掛件玩具和其他裝置供電。這一實(shí)驗(yàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。以前科學(xué)家們認(rèn)為細(xì)菌只有靠著電極才可以發(fā)電，而這些長在細(xì)菌細(xì)胞外的細(xì)絲卻說明細(xì)菌可以遠(yuǎn)距離發(fā)電。這樣，成千上萬個(gè)細(xì)菌就可以同時(shí)向一個(gè)電極發(fā)電，產(chǎn)生10倍甚至15倍于原來設(shè)想的電量。

細(xì)菌電池第一步實(shí)現(xiàn)對(duì)象

　　生物學(xué)家預(yù)言，21世紀(jì)將是細(xì)菌發(fā)電造福人類的時(shí)代。細(xì)菌發(fā)電可以追溯到1910年，英國植物學(xué)家利用鉑作為電極放進(jìn)大腸桿菌的培養(yǎng)液里，成功地制造出世界上第一個(gè)細(xì)菌電池。1984年，美國科學(xué)家設(shè)計(jì)出一種太空飛船使用的細(xì)菌電池，其電極的活性物質(zhì)是宇航員的尿液和活細(xì)菌。不過，那時(shí)的細(xì)菌電池放電效率較低。到了20世紀(jì)80年代末，細(xì)菌發(fā)電才有了重大突破，英國化學(xué)家讓細(xì)菌在電池組里分解分子，以釋放電子向陽極運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電能?！?/P>