科學家研製出細菌發電生物電池

2020-11-24 科學網

 通過顯微鏡看到，海洋細菌希瓦氏菌的合成版本與碳電極發生互動

生物電池可以用來為手機充電器提供電能

北京時間3月28日消息，據國外媒體報導，用細菌製成的電池很快將會為我們的電子產品提供電能。科學家已經發現，可以把細菌體表蛋白生成的能量收集起來，作為電能。這項重大突破將會導致由細菌產生的清潔電流，或稱「生物電池(bio batteries)」誕生。

 

該研究成果發表美國《國家科學院院刊》（PNAS）上，它顯示，細菌接觸到金屬或者是礦物質時，它們體內的化學物質就會生成電流，並通過細胞膜流出體外。這意味著可以把細菌直接「束縛」到電極上，這一發現表明我們又向成功制出高效微生物燃料電池邁進了一大步。研究人員製成海洋細菌希瓦氏菌的合成版本，他們僅採用了被認為是這種細菌用來把電子從巖石上轉移到體內的蛋白。然後他們把這些蛋白質嵌入到一層層泡囊中，這些是微小的油脂(脂肪)囊，例如組成細菌膜的那些物質。隨後他們對電子在細菌體內的給電子體和體外用來提供礦物質的一塊金屬之間的傳輸情況進行檢測。

 

英國東安格利亞大學的生物學家湯姆-克拉克博士說：「我們知道細菌能轉移金屬和礦物質裡的電子，這種互動主要取決於細菌體表的特殊蛋白。但是目前我們還不清楚，這些蛋白是直接還是間接通過環境中一種我們不知道的介質做到這些的。我們的研究顯示，這些蛋白質能夠直接『接觸』礦物質表面，並產生電流，這表明細菌可能是依附在金屬或者礦物質表面，通過它們的細胞膜傳導電流的。事實上這是我們第一次觀測到細菌細胞膜的組成成分是如何與不同物質發生互動的，並首次了解了金屬和礦物質在細胞表面發生的互動存在多大差異。這些細菌展現出作為微生物燃料電池的巨大潛能，它們可以通過分解家庭或者農業廢料產生電流。」

 

克拉克說：「另一種可能性是把這些細菌當作電極表面的微型工廠，電極通過這些蛋白質提供的電能促使細胞內發生化學反應。科學家已經清楚，細菌會對礦物質和金屬產生影響，但這是首次證實它們可以直接釋放電流。在這方面可能有其他種類的細菌比我們當前採用的細菌做得更加出色。未來的生物電池將在沒有太陽能的黑暗環境下特別實用，這是因為它們能在震後的偏遠地區或者是海洋深處持續工作。」

 

美國太平洋西北國家實驗室的生物化學家、研究人員史梁(Liang Shi)說：「我們研製了一種獨特系統，這樣我們就能模擬細胞內發生的電子轉移過程。我們測量的電子轉移率快的令人難以置信，這種速度足以支持細菌的呼吸作用。」更為重要的是，這一發現還有助於我們了解碳是如何在大氣層、陸地和海洋之間循環的。史梁說：「當有機物通過化學反應致使鐵減少時，會釋放出二氧化碳和水。而把鐵作為一個能量源時，細菌會把二氧化碳組合成食物。如果我們了解電子轉移，我們就能弄明白細菌是如何控制碳循環的。」(來源：新浪科技 孝文)

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