新技術(shù)能利用病毒發(fā)電有望用于制造微電子器件

想象一下，將輕薄如紙的發(fā)電機(jī)嵌入鞋底，當(dāng)你走路時(shí)身上的手機(jī)即會(huì)充電，那該多好。據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月14日（北京時(shí)間）報(bào)道，美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家利用一種對(duì)人類無(wú)害的病毒開(kāi)發(fā)出將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。該研究成果5月13日發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》在線版上。

該新型發(fā)電技術(shù)是利用生物材料的壓電性能來(lái)產(chǎn)生電力。研究人員將經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)的病毒涂在電極上，用手指輕敲郵票大小的電極，病毒即會(huì)將敲擊的力量轉(zhuǎn)換成電流。由于病毒自身可進(jìn)入一個(gè)有序的薄膜中以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，該新型發(fā)電機(jī)為制造微電子器件指出了一個(gè)簡(jiǎn)單思路。研究人員稱，新技術(shù)向個(gè)人發(fā)電機(jī)、在納米器件中使用驅(qū)動(dòng)器及基于濾過(guò)性毒菌的電子設(shè)備邁出了很有前景的一步。

在實(shí)驗(yàn)室里，研究人員采用了只攻擊細(xì)菌而對(duì)人友好的病毒M13噬菌體，其在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)可復(fù)制數(shù)百萬(wàn)，所以在供應(yīng)上是穩(wěn)定的。這些桿狀病毒可在薄膜中自然地確定方向，在盒子里像筷子一樣對(duì)齊，這是科學(xué)家在納米構(gòu)件中尋找的特質(zhì)。

研究人員在研究中增加了病毒的壓電強(qiáng)度，利用基因工程添加了4個(gè)帶負(fù)電荷的氨基酸殘基到螺旋蛋白質(zhì)并覆蓋在病毒上。這些殘留物可增加蛋白質(zhì)兩端之間的電荷差異，從而提高了病毒的電壓。研究還發(fā)現(xiàn)，厚度約20堆層具有zui強(qiáng)的壓電效應(yīng)。

他們還組裝出基于病毒的壓電能量發(fā)電機(jī)樣機(jī)。他們?cè)O(shè)法讓經(jīng)遺傳工程處理過(guò)的病毒自發(fā)組織成約一平方厘米的多層膜，然后將膜夾在兩個(gè)鍍金的電極間，通過(guò)電線連接到液晶顯示器上。當(dāng)向病毒施壓時(shí)，發(fā)電機(jī)能產(chǎn)生高達(dá)6毫微安培電流和400毫伏電壓，足夠的電流使屏幕上閃爍出數(shù)字“1”，相當(dāng)于約一個(gè)3A電池1/4的電壓。

研究人員說(shuō)，他們將對(duì)樣機(jī)中的原理進(jìn)行改進(jìn)。由于生物技術(shù)的工具可大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因病毒，而在未來(lái)基于病毒的壓電材料可為新型微電子科技提供一條簡(jiǎn)單路徑。