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)即會充電，那該多好。據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)5月14日（北京時(shí)間）報(bào)道，美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家利用一種對人類無害的病毒開發(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產(chǎn)生電力。研究人員將經(jīng)過特別設(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)動器及基于濾過性毒菌的電子設(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，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)。他們設(shè)法讓經(jīng)遺傳工程處理過的病毒自發(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，他們將對樣機(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，而在未來基于病毒的壓電材料可為新型微電子科技提供一條簡單路徑。