據(jù)外媒報(bào)道，美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校（the University of Massachusetts Amherst）的科學(xué)家們研發(fā)了一款設(shè)備，可以利用一種天然蛋白質(zhì)，再利用空氣中的水分發(fā)電。科學(xué)家們表示，該項(xiàng)新技術(shù)可能會對可再生能源、氣候變化以及醫(yī)學(xué)的未來產(chǎn)生重大影響。
（圖片來源：馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校）
馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校電子工程師Jun Yao和微生物學(xué)家Derek Lovley研發(fā)了一款名為“空氣發(fā)電機(jī)”（Air-gen）的設(shè)備，配備了由微生物地桿菌屬（Geobacter）產(chǎn)生的導(dǎo)電蛋白質(zhì)納米線。該空氣發(fā)電機(jī)通過自然存在于大氣中的水蒸氣產(chǎn)生電流，將電極與蛋白質(zhì)納米線連接在一起。
Yao表示：“我們真的是在利用稀薄空氣發(fā)電，而且該空氣發(fā)電機(jī)可以全天候提供清潔能源。” 30多年來，Lovely一直致力于研發(fā)基于生物技術(shù)的先進(jìn)電子材料，他補(bǔ)充表示：“這是迄今為止，蛋白質(zhì)納米線最令人驚訝和興奮的應(yīng)用。”
Yao的實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的該項(xiàng)技術(shù)無污染、可再生且成本低，甚至可以在撒哈拉沙漠等濕度極低的地方發(fā)電。Lovley表示，與包括太陽能(000591,股吧)和風(fēng)能在內(nèi)的其他形式的可再生能源相比，該技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，因?yàn)榕c其他可再生能源不同，空氣發(fā)電機(jī)無需陽光或風(fēng)，甚至“可以在室內(nèi)工作。”
研究人員解釋表示，該空氣發(fā)電機(jī)只需要不到10微米厚的蛋白質(zhì)納米線薄膜，薄膜的底部位于一個(gè)電極上，而更小的一個(gè)電極只覆蓋了位于其上的納米線薄膜的一部分。該薄膜可以從大氣中吸收水蒸氣，蛋白質(zhì)納米線具有導(dǎo)電性，加上其表面的化學(xué)性，以及薄膜內(nèi)納米線之間的細(xì)孔，為兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電流創(chuàng)造了條件。
研究人員表示，目前該空氣發(fā)電機(jī)只能為小型電子設(shè)備提供動力，希望很快可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。下一步，他們計(jì)劃研發(fā)一種小型空氣發(fā)電機(jī)“補(bǔ)丁”，可以為健康和健身設(shè)備以及智能手表等可穿戴設(shè)備提供電力，消除對傳統(tǒng)電池的需求。此外，他們還希望開發(fā)出適用于手機(jī)或電動汽車的空氣發(fā)電機(jī)，消除周期性充電需求。
Yao表示：“最終目標(biāo)是打造大規(guī)模系統(tǒng)。例如，該技術(shù)可以嵌入到墻漆中，為家庭提供電力；或者研發(fā)獨(dú)立的空氣發(fā)電機(jī)供電，不再依靠電網(wǎng)電力；一旦能夠讓該蛋白質(zhì)納米線實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，就可以打造大型系統(tǒng)，為可持續(xù)能源生產(chǎn)做出重大貢獻(xiàn)。”
為了繼續(xù)發(fā)揮Geobacter的生物學(xué)功能，Lovley的實(shí)驗(yàn)室最近研發(fā)了一種新型微生物菌株，可以更迅速、更低價(jià)地量產(chǎn)蛋白質(zhì)納米線。“我們將大腸桿菌變成了蛋白質(zhì)納米線，利用該項(xiàng)可擴(kuò)展的新型工藝，蛋白質(zhì)納米線供應(yīng)不再是研發(fā)此類應(yīng)用的瓶頸。”
研究人員表示，空氣發(fā)電機(jī)反映了不同尋常的跨學(xué)科合作。Lovley在30多年前，在Potomac河的泥漿中發(fā)現(xiàn)了Geobacter微生物，后來，其實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了該微生物有制造出導(dǎo)電蛋白質(zhì)納米線的能力。在加入馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校之前，Yao曾在哈佛大學(xué)工作多年，曾在該校利用硅納米線設(shè)計(jì)了電子設(shè)備。現(xiàn)在，他們兩人合作，研究是否能夠利用Geobacter微生物制成的蛋白質(zhì)納米線打造有用的電子設(shè)備。
Yao實(shí)驗(yàn)室的博士生Xiaomeng Liu在研發(fā)傳感器設(shè)備時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一件意想不到的事。“我看到，當(dāng)該納米線以特定的方式與電極接觸時(shí)，設(shè)備就會產(chǎn)生電流。我發(fā)現(xiàn)，將其暴露在一定濕度的空氣下很有必要，而蛋白質(zhì)納米線會吸收水分，從而在整個(gè)設(shè)備上造成了電壓梯度。”
除了空氣發(fā)電機(jī)，Yao的實(shí)驗(yàn)室還在利用該蛋白質(zhì)納米線研發(fā)其他應(yīng)用。Yao表示：“這只是以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的電子設(shè)備新時(shí)代的開始。”
