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加拿大開發酵母驅動燃料動力電池

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年09月28日  

科學家最近表示,以人血中的葡萄糖為能源的酵母細胞有一天會驅動置入人體內的電子裝置,如起博器。這種活生生的動力能自我出現,從而取代定期更換電池的常規手術。因為加拿大英屬哥倫比亞大學的一支科學家小組將酵母包封在柔軟的膠囊中,已經開發出來了這種微型的微生物燃料動力鋰電池,可以應用到治療麻痹癥的脊柱內微電極這樣的電子裝置中。從事此酵母燃料動力鋰電池開發的科學家表示,脊柱內微電極要植入脊柱內,因此更換電池很棘手。


傳統燃料動力鋰電池依靠高溫催化劑如鉑來從燃料中剝離電子,從而出現電流。而此微生物燃料動力鋰電池則利用活細胞中的低溫催化劑――酶來出現電流。最簡單的辦法是,當細胞開始分解食物時,就直接盜取細胞所出現的電子。這一辦法在電子中介的幫助下能實現,所謂電子中介就是足夠小的化學物,能通過細胞獲取電子,之后又能從細胞內跑出來。


此新燃料動力鋰電池由釀酒酵母組成,這些酵母封存在由聚二甲硅氧烷(PDMS)材料制成的膠囊中,共同構成了此燃料動力鋰電池。科學家目前開發的這種燃料動力鋰電池的樣品是微米級的,面積為15平方微米,厚1.4微米。此研究成果發表在最新出版的《微電子系統雜志》(JournalofMicroelectricalSystems(DOI:10.1109/JMEMS.2008.2006816))上。


甲基藍這種化合物通常用于對生物樣本進行染色,如今,加拿大英屬哥倫比亞大學的科學家將用作電子中介。當酵母分解葡萄糖時,甲基藍就從酵母細胞那里盜取電子,之后將電子運送到此酵母細胞的另一邊,從而出現微弱的電流。在陰極上,來自酵母細胞的氫離子和氧結合出現水。為新增電極的面積以加大此燃料動力鋰電池的電力輸出,該小組利用硅蝕刻技術來制造微型柱,其面積為40平方微米左右,高8微米。


經測試,此酵母燃料動力鋰電池大約能出現40納瓦的電力,相比之下,石英手表的電子通常能出現微瓦級的電力。因此,假如利用電容器將能量貯存起來,此酵母燃料動力鋰電池就能驅動一些裝置。此酵母還將進行基因改良,使其具有更大的電力輸出能力。不過,這一目標面對許多挑戰。比如,得讓酵母細胞健康生長,其廢物得無損傷情況下進行清理,讓有害物質排泄到人體血液中。



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