专栏首页量子位MIT科学家用病毒制造锂电池、探测癌细胞……我们可以不用谈病毒色变

MIT科学家用病毒制造锂电池、探测癌细胞……我们可以不用谈病毒色变

赖可 发自 凹非寺 量子位 报道 | 公众号 QbitAI

除了害人生病,病毒还可以用来造电池?

你没有看错。其实科学家早就在研究这件事,把病毒作为生物材料能干点啥。

除了制作电池,它们还研究了用病毒追踪癌细胞、制造触摸屏元件、制造化学气体……

科学家有个梦想:有一天,能驾驶病毒驱动的汽车。

病毒电池

大自然本身可以创造纳米级的材料,像坚硬的鲍鱼壳。用基因层次控制的蛋白质,构建出精妙的结构。

这让MIT的生物工程学教授Angela Belcher深深着迷。如果让电池这样的非生物结构,拥有基因控制能力,会怎样呢?

Angela Belcher MIT生物工程系系主任;生物工程&材料科学&工程学教授

Belcher实验室试图理解和利用自然界的过程,启发设计,为能源,环境和医学设计材料和设备。

她选择了M13噬菌体。这是一种像一根香烟一样的长长的病毒,可以在细菌中自我繁殖。

首先需要完成一次人为操作的选择性进化。

Belcher将M13噬菌体DNA进行简单的编辑,病毒表达的蛋白质也发生改变,不同的蛋白质可以吸附不同的材料。

接着,她再将这些病毒暴露在她希望使用的材料上。有某种特定基因突变的病毒,就会吸附在材料上。这样,Belcher就筛选出了能够吸附这种材料病毒样本。

接下来,利用病毒的强大繁殖能力。把选择过的样本感染细菌,让它们自我复制,产生数以百万的副本。

让上百万个同样性质的病毒吸附住某种物质,这样就成为了电池的原材料。比如,让一部分病毒吸住碳纳米管;而另外一部分病毒吸住别的物质,变成电极材料。

而通过病毒自身的繁殖和进化,电池构架也会一点点进化,成为更好的电池。

这项技术可以扩展到元素周期表中的任何元素,只需寻找与其匹配的DNA序列即可。目前,Belcher制造出各种各样的病毒,与150多种不同的材料一起使用。

通过基因编辑和筛选,病毒可以吸引氧化钴磷酸铁,这样,就可以通过这种方法制造磷酸铁锂、钴酸锂两种电池。

用病毒制造电池有什么好处

约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的高级电池研究科学家Konstantinos Gerasopoulos说:

使用病毒等生物材料的好处是,它们已经以“纳米”形式存在,因此它们本质上是用于合成电池材料的天然模板或支架。

一个应用前景是,用病毒制造高度有序的电极结构。这样可以缩短离子通过电极时的路径,能提高电池的充电和放电速率。

到目前位置,Belcher的病毒电极基本上还是随机结构,她和她的同事正努力引导病毒排列有序。

然而就是这样,病毒电池的性能已经超过了传统技术,拥有更高的容量、循环寿命和充电率。

Belcher认为,病毒组装的最大好处是它对环境友好。传统的电极制造需要使用有毒化学物质和高温。病毒电池只需要电极材料,室温水和一些基因工程病毒。

目前,已经有论文在研究如何将这项技术商业化。不过还面临一些挑战。一个主要的挑战是,使用大量病毒材料来达到生物分子的水平。

用病毒做其它事

除了病毒电池,Belcher已经和别人创立了两家公司,用病毒来做不同的事情。

第一家是用病毒促进制造工艺,为触摸屏制造电子元件。第一家是用将病毒用在制造程序中,把二氧化碳转化为乙烯。此外,她还尝试用病毒组装太阳能电池。

她还在与一个MIT的团队合作,用病毒组装技术来制作纳米粒子。

这些纳米粒子用来追踪极小极小的癌细胞。它们本来很难被医生检查出来,这对癌症早期检测会是很大的提升。

科学家们关于病毒的未来设想不止一个。

Belcher梦想有一天能开上病毒驱动的汽车。在癌症方面,科学家希望,病毒制作的纳米颗粒可以武装上生物材料武装,帮助杀死癌细胞。

听完了这个与众不同的病毒故事,你有什么感受呢?

参考链接: https://www.wired.com/story/the-next-generation-of-batteries-could-be-built-by-viruses/

如果想了解更多,还可以看Belcher的TED演讲: https://www.ted.com/talks/angela_belcher_using_nature_to_grow_batteries?language=zh-cn#t-67253

作者系网易新闻·网易号“各有态度”签约作者

本文分享自微信公众号 - 量子位(QbitAI),作者:关注前沿科技

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原始发表时间:2020-02-27

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