MIT科學(xué)家用病毒制造鋰電池、探測癌細(xì)胞……可以不用談病毒色變

賴可 2020-02-27 13:26:32 來源：量子位

賴可 發(fā)自 凹非寺

量子位 報(bào)道 | 公眾號 QbitAI

除了害人生病，病毒還可以用來造電池？

你沒有看錯(cuò)。其實(shí)科學(xué)家早就在研究這件事，把病毒作為生物材料能干點(diǎn)啥。

除了制作電池，他們還研究了用病毒追蹤癌細(xì)胞、制造觸摸屏元件、制造化學(xué)氣體……

科學(xué)家有個(gè)夢想：有一天，能駕駛病毒驅(qū)動(dòng)的汽車。

病毒電池

大自然本身可以創(chuàng)造納米級的材料，像堅(jiān)硬的鮑魚殼。用基因?qū)哟慰刂频牡鞍踪|(zhì)，構(gòu)建出精妙的結(jié)構(gòu)。

這讓MIT的生物工程學(xué)教授Angela Belcher深深著迷。如果讓電池這樣的非生物結(jié)構(gòu)，擁有基因控制能力，會(huì)怎樣呢？

△Angela Belcher MIT生物工程系系主任；生物工程&材料科學(xué)&工程學(xué)教授

Belcher實(shí)驗(yàn)室試圖理解和利用自然界的過程，啟發(fā)設(shè)計(jì)，為能源，環(huán)境和醫(yī)學(xué)設(shè)計(jì)材料和設(shè)備。

她選擇了M13噬菌體。這是一種像一根香煙一樣的長長的病毒，可以在細(xì)菌中自我繁殖。

首先需要完成一次人為操作的選擇性進(jìn)化。

Belcher將M13噬菌體DNA進(jìn)行簡單的編輯，病毒表達(dá)的蛋白質(zhì)也發(fā)生改變，不同的蛋白質(zhì)可以吸附不同的材料。

接著，她再將這些病毒暴露在她希望使用的材料上。有某種特定基因突變的病毒，就會(huì)吸附在材料上。這樣，Belcher就篩選出了能夠吸附這種材料病毒樣本。

接下來，利用病毒的強(qiáng)大繁殖能力。把選擇過的樣本感染細(xì)菌，讓它們自我復(fù)制，產(chǎn)生數(shù)以百萬的副本。

讓上百萬個(gè)同樣性質(zhì)的病毒吸附住某種物質(zhì)，這樣就成為了電池的原材料。比如，讓一部分病毒吸住碳納米管；而另外一部分病毒吸住別的物質(zhì)，變成電極材料。

而通過病毒自身的繁殖和進(jìn)化，電池構(gòu)架也會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)化，成為更好的電池。

這項(xiàng)技術(shù)可以擴(kuò)展到元素周期表中的任何元素，只需尋找與其匹配的DNA序列即可。目前，Belcher制造出各種各樣的病毒，與150多種不同的材料一起使用。

通過基因編輯和篩選，病毒可以吸引氧化鈷或磷酸鐵，這樣，就可以通過這種方法制造磷酸鐵鋰、鈷酸鋰兩種電池。

用病毒制造電池有什么好處

約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的高級電池研究科學(xué)家Konstantinos Gerasopoulos說：

使用病毒等生物材料的好處是，它們已經(jīng)以“納米”形式存在，因此它們本質(zhì)上是用于合成電池材料的天然模板或支架。

一個(gè)應(yīng)用前景是，用病毒制造高度有序的電極結(jié)構(gòu)。這樣可以縮短離子通過電極時(shí)的路徑，能提高電池的充電和放電速率。

到目前位置，Belcher的病毒電極基本上還是隨機(jī)結(jié)構(gòu)，她和她的同事正努力引導(dǎo)病毒排列有序。

然而就是這樣，病毒電池的性能已經(jīng)超過了傳統(tǒng)技術(shù)，擁有更高的容量、循環(huán)壽命和充電率。

Belcher認(rèn)為，病毒組裝的最大好處是它對環(huán)境友好。傳統(tǒng)的電極制造需要使用有毒化學(xué)物質(zhì)和高溫。病毒電池只需要電極材料，室溫水和一些基因工程病毒。

目前，已經(jīng)有論文在研究如何將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。不過還面臨一些挑戰(zhàn)。一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是，使用大量病毒材料來達(dá)到生物分子的水平。

用病毒做其它事

除了病毒電池，Belcher已經(jīng)和別人創(chuàng)立了兩家公司，用病毒來做不同的事情。

第一家是用病毒促進(jìn)制造工藝，為觸摸屏制造電子元件。第一家是用將病毒用在制造程序中，把二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙烯。此外，她還嘗試用病毒組裝太陽能電池。

她還在與一個(gè)MIT的團(tuán)隊(duì)合作，用病毒組裝技術(shù)來制作納米粒子。

這些納米粒子用來追蹤極小極小的癌細(xì)胞。它們本來很難被醫(yī)生檢查出來，這對癌癥早期檢測會(huì)是很大的提升。

科學(xué)家們關(guān)于病毒的未來設(shè)想不止一個(gè)。

Belcher夢想有一天能開上病毒驅(qū)動(dòng)的汽車。在癌癥方面，科學(xué)家希望，病毒制作的納米顆粒可以武裝上生物材料武裝，幫助殺死癌細(xì)胞。

聽完了這個(gè)與眾不同的病毒故事，你有什么感受呢？

參考鏈接：https://www.wired.com/story/the-next-generation-of-batteries-could-be-built-by-viruses/

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

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