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標題: 新技術利用病毒發電，日常小動作均可發電 [打印本頁]
作者: 老鷹    時間: 2012-6-20 22:20
標題: 新技術利用病毒發電，日常小動作均可發電
新技術利用病毒發電
1 `3 Q1 K5 ?' J0 V9 y作者：熔桓　發稿時間：2012-05-15 09:06:29　點擊：2627
5 k& m8 J* f2 T  _) A把電場施加到M13病毒薄膜上，螺旋蛋白質涂在病毒表面，會扭曲和轉向，這就說明壓電效應在起作用。
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2 b% e8 J1 d: u9 a& \* P想象一下，一邊走路一邊給您的手機充電，這是因為有了紙薄的發電器，而且可以嵌入鞋內鞋底中。這一未來化的情景現在正在進一步走近現實。美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的科學家們已開發出一種技術，發電時，可以利用無害的病毒，把機械能轉換成電能。
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0 N& B+ x1 Q  d壓電材料M13噬菌體的結構
9 c* X, l) I' c6 R& t% m9 M來源：伯克利實驗室
8 o5 C1 C* t8 z( p; ^科學家測試了他們的技術，他們創造了一個發電機，可以產生足夠的電流，操作小型液晶顯示器。這個發電機運行時，需要用手指拍打一個郵票大小的電極，電極上涂有特別設計的病毒。這些病毒可以把拍打的力量轉換成電荷。
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+ N5 K9 s9 z+ [4 c' ]+ T他們的發電機第一次在發電時采用了生物材料的壓電性能。壓電就是在固體中積累電荷，以響應機械應力。9 J: [, c% M) A, u( p
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這一里程碑式的成就會帶來一些微型裝置，可利用振動電能，這些振動都屬于日常活動，如關門或爬樓梯。
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這也指出了一條簡單的途徑，可以制作微電子器件。這是因為這些病毒會自發排列成有序的薄膜，使發電機可以運行。自組裝是很受追捧的目標，因為這是在挑剔的納米技術世界。& T$ {) W, o% B

3 Z8 d" Q* i- g4 Y$ Y9 s科學家們介紹了他們的研究，5月13日提前在網上發表，就在《自然•納米技術》雜志上，題為《基于病毒的壓電能量生成》（Virus-based piezoelectric energy generation）。; ^1 ^% i  p/ c% z2 J

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單層噬菌體薄膜的壓電屬性。來源：勞倫斯伯克利國家實驗室
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“還需要更多的研究，但是，我們的研究很有前途，這是邁出了第一步，可開發個人發電機、驅動器，用于納米器件以及其他設備，采用的是病毒電子裝置。”李承旭（Seung-Wuk Lee）說，他是伯克利實驗室院物理生物科學部的科學家，也是加州大學伯克利分校（UC Berkeley）生物工程學副教授。  t  t- `1 v7 K3 _8 Y. @' O% c0 l
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他進行這項研究的小組中，有拉馬姆提•拉梅什（Ramamoorthy Ramesh），他是伯克利實驗室材料科學部的科學家，也是加州大學伯克利分校材料科學、工程教授和物理學教授；還有伯克利實驗室物理生物科學部的李秉楊（Byung Yang Lee）。
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( A# a# k; N: t! a6 _- W+ O多層4E噬菌體薄膜的壓電屬性。來源：勞倫斯伯克利國家實驗室
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壓電效應是1880年發現的，至今已見于水晶，陶瓷，骨骼，蛋白質和DNA。這一效應也已投入使用。電動打火機和掃描探針顯微鏡（scanning probe microscopes）要運行就不能沒有它，這只是舉幾例應用。! q3 g! }, F4 b  m+ J) i
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但是，有些材料可用于制備壓電器件，只是有毒，而且非常難以操作，這就限制了這種技術的廣泛使用。
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8 Q" i$ E/ V9 ^3 D' i3 x李承旭和他的同事們想知道，病毒研究實驗室在全世界都有，是否可提供一種更好的辦法。 M13噬菌體（M13 bacteriophage）只攻擊細菌，對人體無害。因為是病毒，所以，它在幾個小時內就可以自我復制出數以百萬計，所以，總是有穩定的供應。很容易進行基因工程設計。數量龐大的桿狀病毒會自然地進行自我排列，形成整齊有序的薄膜，很像筷子整齊地對齊，碼放在盒子里。
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: m0 i7 Z" ?% {) j' ^噬菌體壓電能量發生器的特征，來源：勞倫斯伯克利國家實驗室$ l7 c1 l$ m/ M1 Q2 d) C

& N5 m; h. S; E. e, T# y7 o這些特點就是科學家尋找的，見于納米基礎材料中。但是，伯克利實驗室的研究人員第一次必須確定，M13病毒是否具有壓電性。李承旭去找拉梅什，這位專家研究電性薄膜，是在納米尺度進行。他們采用電場，施加到M13病毒薄膜上，觀察發生什么，這要使用一種特殊的顯微鏡。螺旋蛋白質涂在病毒表面，會扭曲和轉向，以進行響應，這就是一個確切標志，說明壓電效應在起作用。/ }% e4 P7 q) a' P

+ w4 P/ C+ J% f% g接著，科學家們增加了病毒的壓電強度。他們利用基因工程，添加4個帶負電荷的氨基酸殘基（amino acid residues），就添加在螺旋蛋白質的一端，這種蛋白質涂在病毒表面。這些殘基會增加蛋白質正負兩端之間的電荷差異，提高病毒的電壓。
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/ l9 {; k* ]6 I5 O) @科學家們進一步增強了這種系統，他們堆疊薄膜，這些薄膜包含單層病毒，彼此堆疊起來。他們發現，堆疊約20層，會產生最強的壓電效應。
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剩下唯一需要做的，就是示范試驗，所以，科學家制作了基于病毒的壓電能量發生器。他們創造條件，用遺傳工程設計病毒，使它們可自發組織，形成多層膜，尺寸約一平方厘米。這種薄膜隨后被夾在兩個鍍金電極之間，用電線連接到液晶顯示器。8 X1 m* }7 s& H% e

, I0 h! i% Y+ r1 G: `# p壓力施加到發電機上時，會產生高達6納安的電流和400毫伏的電勢。這電流就足夠多，可以在屏幕上閃爍數字“1”，電壓大約是一節三A電池的四分之一。, R" G/ o' x& g/ K/ i/ o* j3 Y4 L
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“我們現在正在研究一些方法，以改善這種原理循證示范，”李承旭說。“因為有這種生物技術工具，就可以大規模生產轉基因病毒，這些壓電材料采用病毒，可提供一條簡單的途徑，制備未來的新型微電子裝置。”: n6 p$ O- @0 U) Y% e, Q

+ K4 m, d4 U' N/ O  d; Y3 [7 X本文為麻省理工《科技創業》原創文章6 j$ C4 w) K2 B" t& C7 I3 t+ v
作者: GUO18029815663    時間: 2012-6-20 22:25
這些先進的東西沒留意
作者: LIAOYAO    時間: 2012-6-20 23:01
坐等享用別人的勞動成果！   {:soso_e113:}
作者: 往事…成風    時間: 2012-6-21 09:21
強大
作者: 灬獨家ヤ記憶/ai    時間: 2012-6-21 20:37
牛叉！
作者: 海山    時間: 2012-6-25 14:50
移動設備（手機、電腦）用的類似這種模式發電的電源的前景一定很好。) g1 H( M: c" d) y6 R/ x( q7 F( w

" D7 H. S$ l5 B1 j% s" g+ c美國已有一些相關的專利申請
作者: windy107    時間: 2012-9-6 10:10
別人花錢搞研究，我們的政府花錢搞吃喝
作者: ※緣定今生※    時間: 2012-9-8 18:20
真先進啊



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