麻省大學阿默斯特分校的科學家開發(fā)了一種設備，該設備使用天然蛋白質從空氣中的水分中產(chǎn)生電能，他們說，這項新技術可能對可再生能源，氣候變化以及醫(yī)學的未來產(chǎn)生重大影響。

正如今天在《自然》雜志上報道的那樣，位于麻省大學安馬斯特分校的電氣工程師Jun Yao和微生物學家Derek Lovley的實驗室已經(jīng)開發(fā)出一種被稱為“空氣發(fā)電”或氣動發(fā)電機的設備，該設備具有由微生物Geobacter生產(chǎn)的導電蛋白質納米線?？諝庠磳㈦姌O連接到蛋白質納米線，使得從大氣中自然存在的水蒸氣產(chǎn)生電流。

姚明說：“我們實際上是憑空制造電力。”“ Air-gen產(chǎn)生24/7的清潔能源。”Lovely擁有超過三十年的先進的基于可持續(xù)生物的電子材料，他補充說：“這是迄今為止蛋白質納米線最令人驚訝和激動人心的應用。”

姚的實驗室開發(fā)的新技術是無污染，可再生和低成本的。即使在濕度極低的地區(qū)(例如撒哈拉沙漠)，它也可以發(fā)電。Lovley說，與其他形式的可再生能源(包括太陽能和風能)相比，它具有顯著優(yōu)勢，因為與其他可再生能源不同，Air-gen不需要陽光或風，“甚至可以在室內(nèi)使用”。

研究人員解釋說，Air-gen設備僅需要厚度小于10微米的蛋白質納米線薄膜。薄膜的底部位于電極上，而僅覆蓋部分納米線薄膜的較小電極位于頂部。該膜吸收來自大氣的水蒸氣。蛋白質納米線的電導率和表面化學的結合，再加上薄膜中納米線之間的細孔，共同建立了在兩個電極之間產(chǎn)生電流的條件。

研究人員說，當前一代的Air-gen設備能夠為小型電子設備供電，他們希望很快將這項發(fā)明推向商業(yè)規(guī)模。他們計劃的下一步包括開發(fā)一個小型的Air-gen“補丁”，該補丁可以為電子可穿戴設備供電，例如健康和健身監(jiān)視器以及智能手表，這將消除對傳統(tǒng)電池的需求。他們還希望開發(fā)Air-gens應用于手機，以消除周期性充電。

姚明說：“最終的目標是制造大型系統(tǒng)。例如，該技術可能會整合到可以為您的房屋供電的墻面涂料中。或者，我們可能會開發(fā)獨立的氣動發(fā)電機來為房屋供電。一旦我們達到電線生產(chǎn)的工業(yè)規(guī)模，我完全希望我們可以制造大型系統(tǒng)，這將對可持續(xù)能源生產(chǎn)做出重大貢獻。”

為了繼續(xù)提高Geobacter的實用生物功能，Lovley的實驗室最近開發(fā)了一種新的微生物菌株，可以更快速，更便宜地批量生產(chǎn)蛋白質納米線。他說：“我們將大腸桿菌變成了蛋白質納米線工廠。”“通過這種新的可擴展流程，蛋白質納米線的供應將不再成為開發(fā)這些應用程序的瓶頸。”

他們說，Air-gen的發(fā)現(xiàn)反映出一種不尋常的跨學科合作。洛夫利(Lovley)于30多年前在波托馬克河的泥漿中發(fā)現(xiàn)了地球細菌微生物。他的實驗室后來發(fā)現(xiàn)了其生產(chǎn)導電蛋白納米線的能力。在加入UMass Amherst之前，Yao在哈佛大學工作了多年，在那里他用硅納米線設計了電子設備。他們聯(lián)合起來，看看是否可以用從Geobacter收集的蛋白質納米線制造有用的電子設備。

劉曉萌，博士姚(Yao)實驗室的一名學生正在開發(fā)傳感器設備，當時他發(fā)現(xiàn)了意外情況。他回憶說：“我發(fā)現(xiàn)當納米線以特定方式與電極接觸時，設備會產(chǎn)生電流。我發(fā)現(xiàn)暴露于大氣濕度是必不可少的，蛋白質納米線會吸附水，從而在設備上產(chǎn)生電壓梯度。”

除了Air-gen，Yao的實驗室還利用蛋白質納米線開發(fā)了其他幾種應用程序。姚說：“這僅僅是基于蛋白質的電子設備新時代的開始。”

這項研究得到了UMass Amherst的技術商業(yè)化和風險投資辦公室的種子基金和校園自然科學學院的研究開發(fā)資金的部分支持。