神奇的生物电池

唐卫

我们都知道，一般常用的普通电池是由锌作为负极，碳作为正极，并把它们浸在电解液中制成的。电解液是酸类物质，在腐蚀锌电极时，能量便以电的形式放出，于是电子就在连接正极和负极的导线中流动，从而放电。而生物电池则不同，它是一种“燃料”电池，其中起主要作用的是一些微生物（细菌），以有机物质作为燃料。这里给同学们介绍三种生物电池。

[一、    仿电鳗生物电池]

电鳗，素有“水中高压线”之称，其捕食猎物时可以轻松放出650 V以上的高电压。电鳗的大部分身体和重要器官都由高绝缘性的组织包裹，发电器官则分布在身体的两侧，在水中就像是一个天然的生物电池。研究人员从电鳗的放电器官中获得启发，运用生物3D打印技术，制作出了由多种水凝胶构成的生物电池。这种电池可以放出超过100 V的电压。由于其具有柔软、易弯曲和生物相容的特性，非常适合为心脏起搏器、植入式传感器、假肢器官等植入式仪器提供电力。

[二、    “病毒”生物電池]

病毒生物电池包括阴极、阳极和电解液三个部分。研究人员用一种超薄的聚合物材料作为病毒电池的外壳，在薄膜上建立电池的接头，其直径仅有4～8微米。在电池接头的顶部，堆积固定电解液的聚合层。接下来，将病毒组装在电池接头上，最终形成电池的阳极。相比用碳纳米管电极材料的微型电池，病毒电极的储能效果提高了2倍。

病毒电池的主要材料是一般电子元件所采用的材料，采用病毒作为电极后，电池一下子就变得很小了，而且这种电池具有透明、柔软和可折叠的优点。研究人员表示，微型病毒电池不仅可以为手机供电，更可用于治疗疾病和制造精密仪器。比如，一些患者需要在体内植入一些医疗器械（起搏器、血管机器人等），这些器械就可以用病毒电池来供电。利用病毒研制电池是一个良好的开端，今后，研究人员还将利用病毒上不同位置的蛋白质的特性，研制能满足不同要求的电子元器件，如有机晶体管等。

[三、    “细菌”生物电池]

研究人员对大肠杆菌进行基因编辑后产生了大量的番茄红素，他们发现这种染料将光转变成能量的效率特别高。于是，他们为大肠杆菌包裹了一层矿物质来充当半导体，并且将其放置到一种玻璃表面上，制成了一种新型细菌生物电池。这种电池拥有每平方毫米0.686毫安的电流密度，其产生的电流比之前记录的任何类似装置都要强，而且无论在强光和弱光环境下都同样有效，甚至在下雨天还能用。