细菌推动个人电子产品绿色革命

马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员最近宣布，他们已经找到了设计一种生物膜的方法，这种生物膜可以在蒸发过程中收集能量，并将其转化为电能。这种生物膜在《Nature Communications》杂志上宣布，它有可能彻底改变可穿戴电子设备的世界，为从个人医疗传感器到个人电子设备的一切提供动力。

　　

   

   

一个生物膜驱动的传感器，安装在脖子上，用来测量吞咽的机械信号。    

马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员最近宣布，他们已经找到了设计一种生物膜的方法，这种生物膜可以在蒸发过程中收集能量，并将其转化为电能。这个生物膜，有可能彻底改变可穿戴电子设备的世界，为从个人医疗传感器到个人电子设备的一切提供动力。

“这是一项非常令人兴奋的技术，”马萨诸塞大学阿默斯特工程学院电子与计算机工程专业的研究生、论文的第一作者Xiaomeng Liu说。“它是真正的绿色能源，不像其他所谓的‘绿色能源’，它的生产完全是绿色的。”

这是因为这种生物膜——一层薄薄的细菌细胞，大约有一张纸那么厚——是由经过工程改造的细菌自然产生。这种细菌名叫Geobacter sulfurreducens. （G. sulfurreducens），已知它能发电，以前曾用于为电子设备供电的“微生物电池”。但这种电池需要被妥善照顾，并持续喂食。相比之下，这种新的生物膜可以提供和同等大小的电池一样多的能量，它可以持续工作，因为它是死的。因为它死了，所以不需要喂食。

这篇论文的资深作者之一、马萨诸塞大学阿默斯特分校微生物学杰出教授德里克·洛夫利(Derek Lovley)说:“这样效率更高。我们通过大幅减少所需的处理数量，简化了发电过程。我们在生物膜中可持续地培养细胞，然后利用细胞的聚集。这减少了能源输入，使一切都变得简单，并扩大了潜在的应用。”

这种新型生物膜的秘密在于它能从你皮肤上的水分中获取能量。尽管我们每天都读到关于太阳能的报道，但到达地球的太阳能中至少有50%是蒸发的水。“这是一种巨大的、尚未开发的能源，”马萨诸塞大学电子与计算机工程教授、该论文的另一位资深作者Jun Yao说。由于我们的皮肤表面经常因汗液而湿润，这种生物膜可以“插入”并将锁定在蒸发中的能量转化为足够的能量来驱动小型设备。

Yao说:“可穿戴电子产品的限制因素一直是电源供应。电池用完了，必须更换或充电。它们也很笨重，很重，而且不舒服。”但是一种透明、小、薄、灵活的生物膜可以产生持续稳定的电力供应，它可以像创可贴一样直接贴在皮肤上，可以解决所有这些问题。

这一切成功的原因是G. sulfurreducens生长在看起来像薄薄的垫子的菌落中，每一个个体的微生物都通过一系列天然的纳米线连接到它的邻居。然后，研究小组收集这些垫子，用激光在薄膜上蚀刻小电路。一旦薄膜被蚀刻，它们就被夹在电极之间，最后被密封在一种柔软、粘性、透气的聚合物中，你可以直接把它涂在你的皮肤上。一旦这种微型电池被“插上”，把它贴在你的身上，它就可以为小型设备供电。

Yao说:“我们的下一步是增加薄膜的尺寸，为更复杂的皮肤可穿戴电子设备提供动力。”我们的目标之一是为整个电子系统提供动力，而不是单个设备。

Microbial biofilms for electricity generation from water evaporation and power to wearables