要聞：科學家利用死亡細菌打造出一種能形成強大蒸發電池的生物膜

(資料圖)

這項發表在《Nature Communications》上的新研究建立在先前對一種被稱為Geobacter sulfurreducens的特殊菌株的研究之上。這種微生物也被稱為electricigens，是已經證明在某些條件下--包括在蒸發過程中--有能力產生電力的幾種微生物之一。這使得它成為用于生物膜的理想候選者，生物膜則可以粘在皮膚上，從而通過汗液的蒸發為可穿戴電子設備收集可用的電力。

到目前為止的麻煩是，保持這些微生物的活力、維持合適的條件和提供持續的原料都有些麻煩。阿默斯特團隊發現，G. sulfurreducens不需要活著就能發電。事實上，當擺脫了生存的義務后它似乎工作得更好。

該論文的第一作者之一、馬薩諸塞大學阿默斯特分校微生物學特聘教授Derek Lovley表示：“這要有效得多，我們通過從根本上削減所需的處理量簡化了發電過程。我們在生物膜中可持續地生長細胞，然后使用這種細胞的聚集物。這減少了能源投入，使一切變得更簡單并擴大了潛在的應用。”

G. sulfurreducens生長在薄薄的、墊狀的菌落中，約有一張紙的厚度，其中每個微生物通過研究小組所說的“天然納米線”連接到其鄰居。研究小組利用這些墊子并用激光將小電路刻入其中。然后，它們被夾在電極之間并被包裹在一個柔軟、多孔的聚合物貼片中以戴在皮膚上，這樣當汗水從皮膚上蒸發時它開始發電。

有意思的是，當涉及到咸水時，這種生物膜似乎比基于無機蒸發的電流發生器效果好得多。根據研究論文，它的結構也有利于蒸發--研究人員指出，“通過生物膜的水蒸發甚至比從開放的水面上蒸發更快”。

“可穿戴電子設備的限制因素一直是電源，”馬薩諸塞大學電氣和計算機工程系教授、該論文的另一位第一作者Jun Yao說道，“電池耗盡必須更換或充電。它們也很笨拙、很重且令人不舒服。”該團隊指出，這種生物膜產生的能量跟同等大小的電池一樣多，無需喂食或照顧且永遠不需要插電和充電。

本文的實驗表明，生物膜皮膚貼片至少可以保持18個小時的性能并能為測量脈搏、呼吸和其他身體信號的應變傳感器供電。當相互連接時，生物膜片為一個激光圖案的可穿戴式電化學葡萄糖傳感器供電。在實驗室測試中，這些生物膜在測試的第35天顯示出與第一天相似的性能。

但這里的潛力可能比可穿戴設備要大得多。這項研究指出，其結果表明，生物膜片是一種創新的、可持續生產的材料，它能從基于蒸發的發電中進行可擴展的電力生產，“”微生物細胞組織成高度通道化、高表面積材料的其他戰略可能是可行的。微生物的普遍性和它們形成生物膜的傾向性表明在不同的環境中通過類似的基于蒸發的策略來收集電力的可能性。”

如果這被證明可以在大面積上擴展，那么到達地球的大量太陽能中約有50%是在水蒸發的過程中被吸收的，也許這項技術可以代表一種利用這種能量的方式--盡管這肯定是一個漫長的過程。