利用天然蛋白质实现空气中的水分发电

美国马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员发现了可以利用一种天然蛋白质，再利用空气中的水分发电。

盖世汽车讯 据外媒报道，美国马萨诸塞大学阿默斯特分校（the University of Massachusetts Amherst）的科学家们研发了一款设备，可以利用一种天然蛋白质，再利用空气中的水分发电。科学家们表示，该项新技术可能会对可再生能源、气候变化以及医学的未来产生重大影响。

（图片来源：马萨诸塞大学阿默斯特分校）

马萨诸塞大学阿默斯特分校电子工程师Jun Yao和微生物学家Derek Lovley研发了一款名为“空气发电机”（Air-gen）的设备，配备了由微生物地杆菌属（Geobacter）产生的导电蛋白质纳米线。该空气发电机通过自然存在于大气中的水蒸气产生电流，将电极与蛋白质纳米线连接在一起。

Yao表示：“我们真的是在利用稀薄空气发电，而且该空气发电机可以全天候提供清洁能源。” 30多年来，Lovely一直致力于研发基于生物技术的先进电子材料，他补充表示：“这是迄今为止，蛋白质纳米线最令人惊讶和兴奋的应用。”

Yao的实验室研发的该项技术无污染、可再生且成本低，甚至可以在撒哈拉沙漠等湿度极低的地方发电。Lovley表示，与包括太阳能和风能在内的其他形式的可再生能源相比，该技术具有显著优势，因为与其他可再生能源不同，空气发电机无需阳光或风，甚至“可以在室内工作。”

研究人员解释表示，该空气发电机只需要不到10微米厚的蛋白质纳米线薄膜，薄膜的底部位于一个电极上，而更小的一个电极只覆盖了位于其上的纳米线薄膜的一部分。该薄膜可以从大气中吸收水蒸气，蛋白质纳米线具有导电性，加上其表面的化学性，以及薄膜内纳米线之间的细孔，为两个电极之间产生电流创造了条件。

研究人员表示，目前该空气发电机只能为小型电子设备提供动力，希望很快可以实现商业化。下一步，他们计划研发一种小型空气发电机“补丁”，可以为健康和健身设备以及智能手表等可穿戴设备提供电力，消除对传统电池的需求。此外，他们还希望开发出适用于手机或电动汽车的空气发电机，消除周期性充电需求。

Yao表示：“最终目标是打造大规模系统。例如，该技术可以嵌入到墙漆中，为家庭提供电力；或者研发独立的空气发电机供电，不再依靠电网电力；一旦能够让该蛋白质纳米线实现工业化规模生产，就可以打造大型系统，为可持续能源生产做出重大贡献。”

为了继续发挥Geobacter的生物学功能，Lovley的实验室最近研发了一种新型微生物菌株，可以更迅速、更低价地量产蛋白质纳米线。“我们将大肠杆菌变成了蛋白质纳米线，利用该项可扩展的新型工艺，蛋白质纳米线供应不再是研发此类应用的瓶颈。”

研究人员表示，空气发电机反映了不同寻常的跨学科合作。Lovley在30多年前，在Potomac河的泥浆中发现了Geobacter微生物，后来，其实验室发现了该微生物有制造出导电蛋白质纳米线的能力。在加入马萨诸塞大学阿默斯特分校之前，Yao曾在哈佛大学工作多年，曾在该校利用硅纳米线设计了电子设备。现在，他们两人合作，研究是否能够利用Geobacter微生物制成的蛋白质纳米线打造有用的电子设备。

Yao实验室的博士生Xiaomeng Liu在研发传感器设备时，发现了一件意想不到的事。“我看到，当该纳米线以特定的方式与电极接触时，设备就会产生电流。我发现，将其暴露在一定湿度的空气下很有必要，而蛋白质纳米线会吸收水分，从而在整个设备上造成了电压梯度。”

除了空气发电机，Yao的实验室还在利用该蛋白质纳米线研发其他应用。Yao表示：“这只是以蛋白质为基础的电子设备新时代的开始。”