钜大LARGE | 点击量：1211次 | 2019年08月08日
技术新动向微生物细菌驱动的电池！
技术新动向微生物细菌驱动的电池！
据澳大利亚广播公司网站报道，美国麻省理工学院的科学家日前称，他们目前正在研发一种新型的细菌电池，这种电池只有人体细胞的一半大小，全部由微生物细菌来提供电池动力。
美国麻省理工学院科学家安吉拉-贝尔切尔教授将无害的大肠杆菌M13噬菌体与金属钴混合在一起涂于冲压硅膜之上，从而制造出一种柔软的微型电池。而且这种电池适合大规模生产，又不需要太多的资金投入。从理论上讲，这种技术其实可以将任何表面转化为能源存储设备，应用于大型的计算机以及微型的癌症或心脏病检测器。贝尔切尔介绍说，“利用冲压技术制造电池是一种非常特别的想法。我们可以将电池做到非常小，可以为各种微型传感器提供电源。”早在2006年，贝尔切尔和他的搭档们就已经制造出第一个细菌电池。此后，科学家们一直在不断改进这种电池，希望能够制造出其他的能量存储设备，将电能存储于织物或容器中。
美国科学家们目前最新的研究成果，就是通过冲压一种基本材料(如硅)，使得负极的M13噬菌体和正极的金属钴能够根据他们相应的电极和冲压模式分别自动汇集。这意味着这种电池的造价会更低廉，电池效能更高。如果使用硅作为基本材料，甚至还可以生产出柔软的、可弯曲变形的电池。贝尔切尔说，这种基于细菌的电池的电量大约相当于传统生物电池的两倍。而且，这种电池非常的小，直径仅约4微米。生产一节M13电池只需要大约一个小时。当然，仅仅一节小电池并不能容纳太多的能量。但是，多个小电池组成电池组，可以真正在实现电力供应。贝尔切尔曾经制造出一个钮扣大小的M13电池，并将其用于激光指示器中。经过多次充电，目前仍然在继续使用。贝尔切尔认为，细菌电池都应该是可充电的，应该比传统电池更环保。
安吉拉-贝尔切尔教授解释说，在自然界中，这种细菌会向富含铁元素的沉积物释放出多余的电子，但自然界中这种沉积物不多，因此这种细菌中的电子含量总是很饱满，它需要一个可以释放电子的途径。如果把电极放在这种含铁的沉积物中，并把它连成一个圈，细菌就可以释放电量。就这样，世界上最奇特的“电源”产生了。细菌电池需要在室温下组装，必须保持相对中性的pH值，尽量少用某些较为麻烦的金属，如锂或钴。在应用方面，贝尔切尔认为，由于细菌电池很小，初期一般将应用于小型用电设备，如芯片实验室、医疗植入设备等。“该项技术可能最大的应用将是医疗监测，用于检查心血管病和癌症等疾病。”从理论上讲，由M13电池提供电源的小型皮下植入设备可以检测到由癌细胞产生的蛋白质。
科学家们为细菌发电这种新型的供电方式构思了广阔的前景。他们设想制造一种机器能够寻找并吃掉有机物来产生电流。基因测序的先驱者克雷格-温特认为，微生物供电的方法甚至可以减低对产油国的依赖。美国国家科学基金会的帕特立克-布尔劳尼克说：“细菌发电这种模式虽然还处于初级研究阶段，但它具有广阔的前景。”为了证明这种供电方式的潜能，科学家们还设计了用细菌细胞为挂件玩具和其他装置供电。这一实验具有重要的现实意义。以前科学家们认为细菌只有靠着电极才可以发电，而这些长在细菌细胞外的细丝却说明细菌可以远距离发电。这样，成千上万个细菌就可以同时向一个电极发电，产生10倍甚至15倍于原来设想的电量。
生物学家预言，21世纪将是细菌发电造福人类的时代。细菌发电可以追溯到1910年，英国植物学家利用铂作为电极放进大肠杆菌的培养液里，成功地制造出世界上第一个细菌电池。1984年，美国科学家设计出一种太空飞船使用的细菌电池，其电极的活性物质是宇航员的尿液和活细菌。不过，那时的细菌电池放电效率较低。到了20世纪80年代末，细菌发电才有了重大突破，英国化学家让细菌在电池组里分解分子，以释放电子向阳极运动产生电能。■
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