編者按：

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近年來(lái)，從iPhone12到電動(dòng)汽車(chē)，全球科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)電池的依賴(lài)迅速增長(zhǎng)。

更好、更可靠、能量密度更高的電池幾乎是所有科技公司迫在眉睫的需求。

因此，電池領(lǐng)域涌現(xiàn)的創(chuàng)意和想象力著實(shí)令人驚嘆。

本期推介Predict的文章《未來(lái)的電池可以由病毒制成》（Future Batteries Could be Made Out of Viruses），作者Leon Okwatch提出了一個(gè)聽(tīng)上去匪夷所思的新技術(shù)來(lái)解決這種需求。

那就是病毒。

作為自然界最主要和最獨(dú)特的微生物之一，它可能掌握著未來(lái)更高效電池的關(guān)鍵。你能想到去用病毒制造電池嗎？

2009年，麻省理工學(xué)院(MIT)生物工程教授Angela Belcher受邀到白宮為奧巴馬總統(tǒng)演示一個(gè)小型電池。

這不是一個(gè)普通的電池。Belcher使用病毒來(lái)組裝鋰離子電池的電極，從而為L(zhǎng)ED提供能量。

自然界中的化學(xué)物質(zhì)通過(guò)研究能夠形成令人難以置信的擁有強(qiáng)壯結(jié)構(gòu)的生物體，這是她主要的靈感來(lái)源。

例如，鮑魚(yú)和蝸牛通過(guò)在富含礦物質(zhì)的海底收集鈣分子來(lái)構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)壯的外殼。復(fù)雜的生物機(jī)制控制著這一過(guò)程，所有的編碼都是由蝸牛的DNA完成的。

從理論上講，可以微調(diào)生物體的DNA，使其能夠吸引黃金或銅等導(dǎo)電材料，對(duì)生物學(xué)的材料范圍進(jìn)行擴(kuò)展。

病毒是完美的候選者。它們的DNA很容易改變，而且能達(dá)到納米大小。

Belcher最開(kāi)始用M13噬菌體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。噬菌體是一種只感染細(xì)菌的病毒，所以它對(duì)人類(lèi)無(wú)害，其環(huán)狀基因組相對(duì)容易操縱。

通過(guò)對(duì)M13噬菌體DNA進(jìn)行基因工程，Belcher創(chuàng)造了一種病毒，這種病毒可以編碼蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)可以吸附在充當(dāng)半導(dǎo)體的金屬上。

之后，為了制造出足夠的電池材料，需要數(shù)十億份修改過(guò)的病毒副本。

要做到這一點(diǎn)，病毒必須感染并在其正常宿主內(nèi)繁殖，然后去除細(xì)菌，留下大量的純濃縮病毒，足以滿(mǎn)足制造電池的需求。

當(dāng)轉(zhuǎn)基因病毒暴露在導(dǎo)電材料(如金和氧化鈷)下時(shí)，這些金屬粒子覆蓋在病毒的整個(gè)表面，形成納米線(xiàn)——也就是金屬涂層的病毒納米線(xiàn)。

最后，納米線(xiàn)與其他導(dǎo)電材料結(jié)合在一起制成電極。

Belcher證明，她的轉(zhuǎn)基因病毒可以用來(lái)制造輕薄、柔韌、能適應(yīng)非標(biāo)準(zhǔn)形狀的電池。

美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局授予她一項(xiàng)專(zhuān)利，也認(rèn)證了用病毒制造電池的獨(dú)特工藝。

為什么要在電池中使用病毒?

作者指出，病毒的很有前景的應(yīng)用是因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)它塑造精心有序的電極結(jié)構(gòu)，以縮短電子通過(guò)電極的路徑。

這將提高電池的充放電率，從而使電池更有效率。而且，采用病毒組裝電極的電池具有更好的能量容量、循環(huán)壽命和充電率。

在未來(lái)，病毒電極預(yù)計(jì)將從鋰離子電池轉(zhuǎn)向鈉離子和鋰空氣電池。

鋰空氣電池是靠氧去刺激化學(xué)反應(yīng)，因此與傳統(tǒng)電池中有限的電解質(zhì)供應(yīng)不同。

隨著氧氣的持續(xù)供應(yīng)，鋰空氣電池理論上可以?xún)?chǔ)存更多的能量。

雖然目前Belcher病毒組裝的電極仍然具有相當(dāng)隨機(jī)的結(jié)構(gòu)，但研究人員正在開(kāi)發(fā)更有序、更緊湊的3D電極配置，以進(jìn)一步提高其能源效率。

此外，病毒式電極組裝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其過(guò)程更加環(huán)保。

傳統(tǒng)的電極制造技術(shù)涉及有毒化學(xué)物質(zhì)和極高的溫度。通過(guò)病毒，人類(lèi)所需要的只是電極金屬、水和轉(zhuǎn)基因病毒。

轉(zhuǎn)眼間，距離使用病毒組件組裝電池的第一次演示已經(jīng)過(guò)去十年了，為什么還沒(méi)有病毒驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)，病毒組裝的電池真的有未來(lái)嗎？

作者稱(chēng)，和任何新技術(shù)一樣，這項(xiàng)新技術(shù)的商業(yè)化同樣面臨著可擴(kuò)展性的挑戰(zhàn)。

為了提高病毒的性能，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程需要更多的研究。

最好的目標(biāo)是找到一個(gè)最佳點(diǎn)，在不犧牲產(chǎn)品的質(zhì)量、效率和可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

現(xiàn)在，利用受病毒啟發(fā)的制造過(guò)程的公司已經(jīng)建立起來(lái)。

除了電池，其他新興技術(shù)也將由此受益。

麻省理工學(xué)院(MIT)的另一組科學(xué)家正在利用病毒組裝技術(shù)研制抗腫瘤納米顆粒。

這些納米顆粒可以清除并摧毀那些現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法檢測(cè)到的癌細(xì)胞。通過(guò)早期發(fā)現(xiàn)和降低死亡率，這可能會(huì)給癌癥治療帶來(lái)革命性的變化。

總之，大自然是一個(gè)神奇的問(wèn)題解決者。用生物學(xué)來(lái)解決尚未解決的問(wèn)題，創(chuàng)造了無(wú)限的機(jī)會(huì)來(lái)推進(jìn)人類(lèi)的技術(shù)創(chuàng)新。

在人類(lèi)歷史上，病毒一直被視為疾病和死亡的媒介。但我們還可以利用這種使人致命的獨(dú)特特性做更多的事情，并不局限于能源電池。

雖然還不確定我們離駕駛一輛病毒驅(qū)動(dòng)的特斯拉還有多遠(yuǎn)，但這個(gè)前景相當(dāng)誘人。

在某種程度上，大自然提供了一個(gè)新的邊界來(lái)解決迄今為止還沒(méi)有解決的問(wèn)題。

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