【要闻】用病毒造次世代电池驱动特斯拉？这位美国科学家还真没疯

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原题:用病毒制造下一代电池来驱动特斯拉？ 这个美国科学家还没有疯:雷锋网

2009年，麻省理工大学的生物工程教授angela belcher去白宫为新官上任的奥巴马总统展示了新电池。 这个电池到底来了什么，能让总统这么扫兴吗？

原来，belcher掌握了新的锂电池正负极制造技术，材料之一不是来自元素周期表，而是我们谈论的颜色变化的“病毒”。 这项工程的突破不仅降低了电池制造过程中的毒性，而且有望提高电池性能。 当时奥巴马打算投入20亿美元推进电池技术的进步，belcher的“病毒”电池是未来的风向之一。

10多年过去了，belcher的“病毒”电池也迅速进步，她制造的病毒可以和150多种不同的材料一起采用。 belcher还成功地说明了自己的技术可以用于制造太阳能电池等其他材料。

当然，belcher用病毒驱动电动车的愿望还没有实现，但这项技术离实验室不远。

被称为自然界微型僵尸的病毒也有克服生与死差距的能力。 虽然是具有完全基因组、不妥协的生物，但与其他生物不同，没有宿主就无法繁殖。 但是在belcher中，这些特征反而可以用于纳米工程，提高电池的能量密度、寿命、充电速度，减少制造过程中的污染。

“在电池行业，探索纳米结构形式的正负极材料的人越来越多。 ”。 约翰霍普金斯使用物理实验室的高级研究者konstantinos gerasopoulos进行了说明。 “制造纳米材料时，可以采用很多常规的化学技术。 关于病毒等生物材料，因为本质上是用于合成电池材料的天然模板和支架，所以以“纳米”的形式存在是有利的。 ”。

魔法自然培养了很多做法，可以不通过病毒用无机材料构筑有用的结构。 belcher最喜欢的例子是石决明(贝壳)，具有纳米级的高度结构化，轻量坚固。 经过几千年的进化，石决明dna产生的蛋白质可以从富含矿物质的水生环境中提取钙分子，堆积在自己体内有序的结构层上。 虽然没有人在石决明制造电池，但belcher认识到病毒也可以使用同样的基本过程，为人类制造有用的材料。

“我们试图通过生物工程来控制一般不能用生物技术制造的纳米材料。 ”贝拉说。 “我们为了解决哪个新材料，扩展了自己的生物学工具箱。 ”。

belcher选择的病毒是m13噬菌体，是可以复制到细菌中的雪茄状病毒。 虽然不是唯一可以用于纳米工程的病毒，但belcher认为这是主要选择，因为m13噬菌体的遗传物质很容易操作。

为了征召病毒生产电极，belcher暴露在病毒想操作的材料中。 病毒dna的自然或工程变异被材料锁定。 之后，belcher提取这些病毒使其感染细菌，生成了数百万份相同病毒的副本。 这个过程重复了好几次，病毒每次重复都进化成了逐渐精确调整的电池架构师。

belcher的转基因病毒其实无法区分电池的正负极，但这种能力对它们来说并不重要。 在设定中，dna只是处理简单的任务，但数百万的病毒只要采取“毒海战略”，就能制造可用的材料。

例如，转基因病毒只需要表达表面的蛋白质，就有可能被改造成吸引氧化钴粒子复盖自己的身体。 病毒表面的其他蛋白质吸引更多的氧化钴粒子。 由此，形成由连接的病毒构成的钴氧化物纳米线，可以用于电池电极。

belcher的过程使dna序列和元素周期表的元素一致，形成不自然的选择加速形。 单方面编码dna可能会导致病毒被磷酸铁锁定，但调整代码后，该病毒可能会对氧化钴感兴趣。

该技术可扩展到元素周期表中的任何元素，只需找到与其一致的dna序列即可。 从这个角度来说，belcher的工作和宠物狗爱好者的选择性繁殖没有很大差别，后者以制造完美的狗为自己的责任，但不能创造这样的狗的自然。 但是，belcher不是繁殖贵宾犬，而是繁殖制造病毒的电池。

简单来说，belcher采用她的病毒组装技术制作电极，并将该技术用于一系列不同的电池类型。

当时为奥巴马示威的电池是石英表采用的标准锂离子按钮电池.。 但是，在很多情况下，belcher使用的电极具有更奇怪的化学性质，如锂空气体和钠离子电池。

她指出，与成熟的锂离子电池制造商的竞争没有什么意义。 “我们不想和现在的技术竞争，”belcher说。 “我们正在研究‘能从生物学上处理迄今为止未处理的问题吗’的问题。 ”。 ”。

当然，其前景广阔的应用之一是利用病毒制作高度有序的电极结构，缩短离子通过电极时的路径。 伊利诺伊大学材料研究室主任paul braun说，这增加了电池的充放电速度，可以说是“能源存储行业的绝招之一”。 另外，指出几乎病毒的组装可以显着改善电池电极的结构，提高充电率。

现在，belcher的病毒组装电极在结构上几乎是随机的，但她和同事正在努力把病毒诱导成更有规律的序列。

尽管如此，她的病毒电池的性能比以往传来的电极，例如更高的电池容量、循环寿命、充电率更好。 但是belcher强调病毒组装技术的最大利益是环保属性。 传统的电极制造技术要求采用有毒化学物质和高温，但belcher需要的只有电极材料、室温水和转基因病毒。

“我的实验室现在最关注清洁能源技术。 ’belcher解释说。 这涵盖了电极材料的来源和因制造电极而产生的废品等问题。

belcher的病毒电池尚未正式商业化，但她和同事最近发表了一篇详细论述该技术在能源和其他领域商业化前景的论文(正在审查中)。

belcher第一次提出利用病毒制造对人类有用的东西时，她被很多同事怀疑了。 她回顾说:“人们说我疯了。”

现在这个想法似乎不再牵强附会，但把这个技术从实验室带到现实世界并不那么容易。

“一直以来流传下来的电池制造采用了廉价的材料和工艺，但为了应对病毒带来的性能提高和量产问题，需要数年的研究和相关费用”印第安纳大学布鲁明顿分校化学教授bogdan dragnea先生解释说。 “直到最近，我们从物理特征的角度理解了基于病毒材料的潜力。 ”。

根据病毒电池的技术，belcher已经成立了两家企业。 一个是2004年成立的cambrios technologies，在新的制造工艺中生产触摸屏使用的电子部件。

关于第二家企业siluria technologies，在将甲烷转换为乙烯(制造中广泛使用的气体)的过程中采用了病毒。 除此之外，belcher还用病毒组装太阳能电池，但这种技术的效率暂时不足以与新型钙钛矿太阳能电池竞争。

当然，病毒参与电极的制造能否达到商业生产的标准仍然是个未解决的问题。 gerasopoulos说:“向电池制造设备中投入大量的材料，并不容易达到生物分子的水平。” 幸运的是，他不认为这个障碍是无法克服的，“到目前为止，这可能是最重要的挑战之一。 ”。

即使永远无法运行病毒驱动的特斯拉，belcher的生物驱动纳米工程技术在与电力无关的行业也有前途。 在MIT (麻省理工学院)，belcher与利用病毒组装技术生成肿瘤跟踪纳米粒子的科学家团队合作。

这些纳米粒子的目的是追踪体积太小无法被医生检测到的癌细胞，可以大幅度改善癌症患者的早期检测，降低死亡率。 另外，这些粒子也可以用杀死癌细胞的生物材料武装，但这个目标离我们有点远。

在人类历史上，病毒是疾病和死亡的前兆，但belcher的工作给我们带来了未来。 原来，这些死神通常的家伙真的可以让人用。