新突破性材料可將細(xì)菌轉(zhuǎn)化為電池或傳感器

（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(shí)，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(gè)充滿活力的電池，這一事實(shí)對(duì)于細(xì)菌的電勢而言甚至更好。這項(xiàng)工作建立在先前對(duì)具有實(shí)際潛力的細(xì)菌的大量研究基礎(chǔ)之上。研究人員報(bào)告說，他們的新材料使他們能夠創(chuàng)建一個(gè)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(dòng)力”的系統(tǒng)。添加能切割DNA鏈的酶會(huì)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(dòng)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(xiàng)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(xiàng)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(dòng)的汽車”的夢想仍然沒有實(shí)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(xiàng)技術(shù)帶出實(shí)驗(yàn)室并推向現(xiàn)實(shí)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(duì)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(jí)高度結(jié)構(gòu)化，輕巧而堅(jiān)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(shí)到，可以在病毒中實(shí)施同樣的基本過程，從而為人類制造有用的材料。
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