雷鋒網(wǎng)按，2009 年時(shí)，麻省理工生物工程教授 Angela Belcher 專程到白宮為新官上任的奧巴馬總統(tǒng)展示了一種新型電池。這電池到底什么來(lái)頭，居然能讓總統(tǒng)如此感興趣？

原來(lái)，Belcher 掌握了新的鋰電池正負(fù)極制造技術(shù)，但材料中有一項(xiàng)并不是來(lái)自元素周期表，而是我們談之色變的“病毒”。這一工程突破不但有望降低電池制造過(guò)程中的毒性，還能提高電池性能。當(dāng)時(shí)，奧巴馬準(zhǔn)備投入 20 億美元推進(jìn)電池技術(shù)的進(jìn)步，而 Belcher 的“病毒”電池就是未來(lái)風(fēng)向之一。

十年過(guò)去了，Belcher 的“病毒”電池也取得了飛速進(jìn)步，她制造的病毒可以與 150 多種不同的材料一起使用。Belcher 還成功證明自己的的技術(shù)可以用于制造其他材料，比如太陽(yáng)能電池。當(dāng)然，Belcher 用病毒驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的愿望還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，但這項(xiàng)技術(shù)離走出實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)不遠(yuǎn)了。

被稱為自然界微觀僵尸的病毒也有跨越生與死鴻溝的能力。它們擁有完整的基因組，是不折不扣的生物，但與其他生物不同，沒(méi)有宿主它們又無(wú)法繁殖。不過(guò)在 Belcher 看來(lái)，這些特性反而可以用在納米工程中，在提升電池能量密度、壽命與充電速率的同時(shí)，降低制造過(guò)程中的污染。

“在電池領(lǐng)域，有越來(lái)越多的人開(kāi)始探索納米結(jié)構(gòu)形式的正負(fù)極材料了。”約翰霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究專家 Konstantinos Gerasopoulos 解釋道。“制備納米材料時(shí)我們可以使用多種常規(guī)化學(xué)技術(shù)。至于病毒等生物材料，其好處在于它們已經(jīng)以“納米”形式存在，因此其本質(zhì)上是用于合成電池材料的天然模板或支架?！?/strong>

神奇的大自然孕育了許多方法，無(wú)需借助病毒，就可以用無(wú)機(jī)材料構(gòu)建有用的結(jié)構(gòu)。Belcher 最喜歡的例子就是石決明（一種貝殼），它擁有納米級(jí)的高度結(jié)構(gòu)化，輕巧且堅(jiān)固。經(jīng)過(guò)數(shù)千萬(wàn)年的進(jìn)化，石決明 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，并將其沉積在自己體內(nèi)的有序結(jié)構(gòu)層中。雖然沒(méi)人拿石決明制造電池，但是 Belcher 意識(shí)到，我們可以在病毒中用上同樣的基本工藝，從而為人類制造有用的材料。

“我們一直在試圖通過(guò)生物工程控制那些通常無(wú)法通過(guò)生物技法制造的納米材料。”Belcher 說(shuō)道。“我們擴(kuò)充了自己的生物學(xué)工具箱，以處理那些全新材料?！?/p>

Belcher 選的病毒是 M13 噬菌體，它是一種能在細(xì)菌中復(fù)制的雪茄狀病毒。盡管它不是唯一可以用于納米工程的病毒，Belcher 還是認(rèn)為它是最佳選擇，因?yàn)?M13 噬菌體的遺傳物質(zhì)很容易操控。

為了征召病毒生產(chǎn)電極，Belcher 將其暴露于她希望病毒操縱的材料上。一些病毒 DNA 中的自然或工程突變會(huì)導(dǎo)致它們鎖在材料上。隨后，Belcher 提取這些病毒并將其用于感染細(xì)菌，從而產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)份相同的病毒副本。這個(gè)過(guò)程一遍又一遍地重復(fù)，并且隨著每次迭代，病毒都慢慢進(jìn)化成了經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)調(diào)整的電池架構(gòu)師。

Belcher 的轉(zhuǎn)基因病毒其實(shí)分不清電池的正負(fù)極，但這個(gè)能力對(duì)它們并不重要。在設(shè)定中，它們的 DNA 就只需解決簡(jiǎn)單任務(wù)，但如果數(shù)百萬(wàn)個(gè)病毒搞“毒海戰(zhàn)術(shù)”，就能造出可用的材料。舉例來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)基因的病毒可能被改造為只需表達(dá)表面上的一種蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)能吸引氧化鈷顆粒覆蓋自己的身體。病毒表面上的其他蛋白質(zhì)會(huì)吸引越來(lái)越多的氧化鈷顆粒。這樣就形成了一個(gè)鈷氧化物納米線，它由連接的病毒組成，可用于電池電極。

Belcher 的工藝將 DNA 序列與元素周期表中的元素進(jìn)行匹配，從而形成非自然選擇的加速形式。對(duì) DNA 進(jìn)行單向編碼可能會(huì)導(dǎo)致病毒鎖定在磷酸鐵上，但是，如果對(duì)代碼進(jìn)行了調(diào)整，該病毒可能就會(huì)對(duì)氧化鈷更感興趣。該技術(shù)可以擴(kuò)展到元素周期表中的任何元素，只需找到與之匹配的 DNA 序列即可。從這個(gè)角度來(lái)講，Belcher 所做的工作與寵物狗愛(ài)好者進(jìn)行的選擇性繁殖差別并不大，后者以創(chuàng)造出完美的狗為己任，而這樣的狗大自然可造不出來(lái)。不過(guò)，Belcher 可不是在繁殖貴賓犬，而是在繁殖制造病毒的電池。

簡(jiǎn)言之，Belcher 正在使用她的病毒組裝技術(shù)來(lái)打造電極，并將該技術(shù)用在一系列不同的電池類型中。

當(dāng)年，她為奧巴馬演示的電池是標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子紐扣電池，就像石英表中使用的那種。不過(guò)，在大多數(shù)情況下，Belcher 所用的電極具有更奇特的化學(xué)性質(zhì)，類似鋰空氣和鈉離子電池。她指出，這樣做是因?yàn)榕c成熟的鋰離子電池生產(chǎn)商競(jìng)爭(zhēng)并沒(méi)有多大意義?！拔覀儧](méi)有試圖與當(dāng)下的技術(shù)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)?！盉elcher 說(shuō)道?！拔覀冋谘芯恳粋€(gè)問(wèn)題，即‘可以用生物學(xué)來(lái)解決一些迄今為止尚未解決的問(wèn)題嗎？’”

當(dāng)然可以，其中一種前途廣大的應(yīng)用就是使用病毒創(chuàng)建高度有序的電極結(jié)構(gòu)，以縮短離子通過(guò)電極時(shí)的路徑。伊利諾伊大學(xué)材料研究實(shí)驗(yàn)室主任 Paul Braun 就表示，這將增加電池的充電和放電速率，可以稱得上“能量存儲(chǔ)領(lǐng)域的絕技之一”。他還指出，原則上病毒組裝能顯著改善電池電極的結(jié)構(gòu)并提高其充電率。

眼下，Belcher 的病毒組裝電極在結(jié)構(gòu)上基本是隨機(jī)的，但她和她的同事正在努力將病毒引導(dǎo)為更有序的排列。盡管如此，她的病毒電池的性能還是優(yōu)于傳統(tǒng)電極，比如更高的電池容量，循環(huán)壽命和充電率。不過(guò) Belcher 還是強(qiáng)調(diào)，病毒組裝技術(shù)最大的好處在于其環(huán)保屬性。傳統(tǒng)的電極制造技術(shù)要求使用有毒化學(xué)物質(zhì)和高溫，而 Belcher 所需的只是電極材料，處在室溫的水和一些轉(zhuǎn)基因病毒。

“我的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在最關(guān)注清潔能源技術(shù)?！盉elcher 解釋道。這涵蓋了諸如電極材料的來(lái)源以及因制造電極而產(chǎn)生的廢品之類的問(wèn)題。

Belcher 的病毒電池還未正式商業(yè)化，不過(guò)她和她的同事最近發(fā)了多篇論文（正在審閱中）詳細(xì)闡述這一技術(shù)在能源及其他行業(yè)的商業(yè)化應(yīng)用前景。

當(dāng) Belcher 首次提出利用病毒制造對(duì)人類有用的東西時(shí)，她遭到了很多同事的懷疑。她回憶稱：“人們都說(shuō)我瘋了?！?/p>

現(xiàn)在，這個(gè)想法似乎不再牽強(qiáng)，但將該技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室?guī)氍F(xiàn)實(shí)世界可沒(méi)那么容易?！皞鹘y(tǒng)的電池制造使用廉價(jià)的材料和工藝，但要想通過(guò)病毒提高性能并解決量產(chǎn)問(wèn)題，則需要數(shù)年的研究和相關(guān)費(fèi)用?！庇〉诎布{大學(xué)布盧明頓分?；瘜W(xué)教授 Bogdan Dragnea 解釋道。“直到最近，我們才從物理特性的角度了解了基于病毒材料的潛力所在?！?/p>

基于病毒電池的技術(shù)，Belcher 已經(jīng)成立了兩家公司。一家是 2004 年成立的 Cambrios Technologies，該公司用新的制造工藝來(lái)生產(chǎn)觸摸屏所用的電子零部件。至于第二家公司 Siluria Technologies，則在將甲烷轉(zhuǎn)化為乙烯（一種廣泛用于制造的氣體）的過(guò)程中使用病毒。 除此之外，Belcher 還使用病毒來(lái)組裝太陽(yáng)能電池，但這項(xiàng)技術(shù)的效率暫時(shí)還不足以與新型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)。

當(dāng)然，病毒參與制作電極這件事能否達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)仍是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。 Gerasopoulos 就表示：“在電池生產(chǎn)設(shè)備中會(huì)投入大量材料，因此要達(dá)到生物分子的水平并不是一件容易的事。”好在，他并不認(rèn)為該障礙是無(wú)法克服的，但“到目前為止，這可能是最主要的挑戰(zhàn)之一?！?/p>

即使我們永遠(yuǎn)開(kāi)不上病毒驅(qū)動(dòng)的特斯拉，Belcher 的生物驅(qū)動(dòng)納米工程技術(shù)在與電力無(wú)關(guān)的領(lǐng)域也前景廣大。在麻省理工學(xué)院，Belcher 正與一個(gè)利用病毒組裝技術(shù)生成腫瘤追蹤納米粒子的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)合作。這些納米粒子旨在追蹤體積太小而無(wú)法被醫(yī)生檢測(cè)到的癌細(xì)胞，可以極大改善癌癥患者的早期檢測(cè)并降低死亡率。此外，這些粒子還可以用能殺死癌細(xì)胞的生物材料來(lái)武裝，雖然這個(gè)目標(biāo)離我們還有點(diǎn)遠(yuǎn)。

在人類歷史上，病毒一直是疾病和死亡的先兆，但 Belcher 的工作卻為我們指引了未來(lái)。原來(lái)，這些死神一般的家伙真的可以為人所用。

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