在30多年前，他們從波多馬克河的泥濘海岸上挖出了：一種奇怪的“沉積生物”，具有已知細(xì)菌前所未有的功能。

這種不尋常的微生物是地桿菌屬Geobacter genus，最初因可在無(wú)氧條件下制造磁鐵礦的能力而聞名，但隨著時(shí)間推移，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它也可以制造其他東西，例如導(dǎo)電的細(xì)菌納米線。

多年以來(lái)，為了有效利用這種大自然的禮物，研究人員一直在苦苦摸索，最終搗鼓出一臺(tái)被稱為Air-gen的設(shè)備。根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，他們的設(shè)備可以從…中產(chǎn)生電能，嗯，幾乎無(wú)中生有。

馬薩諸塞州阿默斯特大學(xué)的電氣工程師Jun Yao說(shuō)：“我們實(shí)際上是在憑空發(fā)電。Air-gen可以產(chǎn)生24/7的清潔能源?！?/p>

這種說(shuō)法聽(tīng)起來(lái)似乎有些夸大其詞，但Yao和團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新研究描述了這種空氣能發(fā)電機(jī)——僅需要存在空氣的環(huán)境。這全都?xì)w功于Geobacter生產(chǎn)的導(dǎo)電蛋白質(zhì)納米線。

Air-gen由僅7微米厚的蛋白質(zhì)納米線薄膜組成，位于兩個(gè)電極之間，暴露在空氣中。因此納米線膜能夠吸收大氣中存在的水蒸氣，從而使該裝置能夠產(chǎn)生在兩個(gè)電極之間傳導(dǎo)的連續(xù)電流。

研究人員說(shuō)，電荷可能是由水分梯度產(chǎn)生的，水分梯度會(huì)在納米線材料中產(chǎn)生質(zhì)子擴(kuò)散。

論文中解釋說(shuō)：“這種電荷的擴(kuò)散有望制造出一個(gè)平衡的電場(chǎng)或類似于生物系統(tǒng)中靜止膜電位的電位。維持水分梯度，這與以前的系統(tǒng)有根本不同，是我們的納米線器件的連續(xù)電壓輸出的原因?！?/p>

這個(gè)發(fā)現(xiàn)幾乎完全出于偶然，Yao注意到他正在試驗(yàn)的設(shè)備似乎完全自發(fā)地產(chǎn)生電流。

“我看到，當(dāng)納米線以特定方式與電極接觸時(shí)，設(shè)備會(huì)產(chǎn)生電流。我發(fā)現(xiàn)暴露于大氣濕度中是必不可少的條件，蛋白質(zhì)納米線會(huì)吸附水，從而在整個(gè)器件上產(chǎn)生電壓梯度?！?/p>

先前的研究表明，使用其他種類的納米材料(例如石墨烯)也可進(jìn)行水梯度發(fā)電，但這些嘗試在很大程度上僅產(chǎn)生了短暫的爆發(fā)性電流，可能僅持續(xù)幾秒鐘。

相比之下，Air-gen產(chǎn)生的持續(xù)電壓約為0.5伏，電流密度約為每平方厘米17微安。能量消耗不大，但研究小組表示，連接多個(gè)設(shè)備可以產(chǎn)生足夠的電力，可以為智能手機(jī)和其他個(gè)人電子設(shè)備等小型設(shè)備充電——幾乎沒(méi)有浪費(fèi)，而且僅需要環(huán)境濕度(即使在撒哈拉沙漠這樣干燥的地區(qū)也能滿足)。

Yao說(shuō)：“最終目標(biāo)是制造大型系統(tǒng)。”他解釋說(shuō)，未來(lái)的努力方向可能是使用該技術(shù)將納米線結(jié)合到墻面涂料中來(lái)為房屋供電。“一旦我們達(dá)到線材生產(chǎn)的工業(yè)規(guī)模，我完全可以預(yù)期到，我們制造出大型系統(tǒng)，這將對(duì)可持續(xù)能源生產(chǎn)做出重大貢獻(xiàn)?！?/p>

如果說(shuō)現(xiàn)實(shí)存在的制約，那就是微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的納米線的數(shù)量有限。

相關(guān)研究——微生物學(xué)家Derek Lovley早在1980年代就發(fā)現(xiàn)了Geobacter微生物——可以解決此問(wèn)題：對(duì)其他微生物(例如大腸桿菌)進(jìn)行基因工程改造，獲得大量生產(chǎn)的性狀。

“我們把大腸桿菌變成了蛋白質(zhì)納米線工廠，” Lovley說(shuō)，“通過(guò)這種新的可擴(kuò)展流程，蛋白質(zhì)納米線的供應(yīng)將不再成為瓶頸。”

研究結(jié)果發(fā)表在《自然》上。