蝸居里的發電廠

本刊記者 袁立明

蝸居里的發電廠

本刊記者 袁立明

傳統的石化能源不可能維系“取之不盡用之不竭”的命運，使得人們在開發利用傳統能源的同時，也在不斷尋找著新的替代品。繼風能、太陽能、地熱能等自然能源被開發之后，人類的著眼點開始聚焦在無所不在的生物身上，于是開發生物能源就順理成章成為科學家開辟的一條嶄新道路。一種半機械發電的蝸牛也就應運而生了。

說起“半機械蝸牛”，有人會聯想起一部美國老電影：導演喬治·盧克斯的電影《星球大戰》，相信里面的機械爬蟲讓人們記憶猶新，影片里超前的機械生物大戰讓后繼的科幻電影開始爭先效仿。隨著科技的發展，半機械的爬蟲也從銀幕走進了現實。于是，半機械蝸牛的出現也就不足為奇了，但神奇的是這種蝸牛身上隱藏著一個小小的發電廠。蝸牛的緩慢是眾所周知的，難道還能從這個不起眼的慢性子身上得到能量？

發電的蝸牛

據了解，這只發電的蝸牛來自美國紐約Potsdam的克拉克森大學與Ben-Gurion 大學聯合研究團隊的實驗室。團隊負責人卡茲介紹，他們將微型生物燃料電池植入蝸牛體內，利用它們血淋巴中的葡萄糖和氧來發電。這只發電的蝸牛經過飼養，可以再生在生物催化電極上消耗的葡萄糖，繼而產生新的電能。據說，半年過去后，這只帶電蝸牛還正常吃喝胡蘿卜，正常發電，狀態良好，情緒穩定。

這項將干電池植入活的生命體內，接著運行的技術，還是全球首例。那么這項技術是如何操作的呢？研究人員們把兩個涂有酶的電極插入蝸牛的殼內，停留在她的身體和殼之間的空隙里。而這個空隙，也正是蝸牛賴以生存的葡萄糖所存在的地方。當蝸牛四處爬動的時候，酶就產生一種化學反應從葡萄糖中產生微弱的電量。據稱這只帶電的蝸牛在45分鐘時間內能夠產生7.45微瓦的電能，不過此后的電能生產就下降了80%。為了獲取持續的電腦，卡茲的團隊不得不將獲取的能量大幅降低至0.16微瓦。

生物界的爬蟲比比皆是，但緣何選擇蝸牛作為此項研究的對象呢？對此，該項目負責人卡茲做出這樣的解釋：從前有其他團隊也有將生物電池移到其他昆蟲身上，但限于它們的生命周期太短，實際提供的電量也就微乎其微了。而蝸牛因為生命周期長，往往能持續產生長達數月的電量，因而成為勝任該任務的“不二人選”。據資料顯示，蝸牛的平均壽命是5～6年，遠遠高出壽命只有幾周的昆蟲。

蝸牛在自然環境中生活，持續產生的電量，可以激活各種生物電子設備。比如他們被派遣到世界各地進行探索或暗中監視敵人。因此，這項全球首例的技術概念，其最終的研究目的在于創造生化蝸牛或者昆蟲，植入一些技術裝置來收集蝸牛周圍的信息用于軍事環境監測，因此，此項目得到了美國國防部的資助。

但是，除了軍事的用途，它的開發意義還是很可觀的。這些干電池組的未來幾代產品，可以為人工制造器官、納米機器人等電子設施提供能量，為起搏器或胰島素泵提供電力。因為是天然驅動，所以就沒有定期更換電池的需要。但值得一提的是，依靠這種裝置收集到的微弱電流，任何需要高能量的微型裝置只能夠間斷使用，這意味著研究人員還得找到一種能產生更多生物能源的辦法。卡茲的團隊將目標轉移到了龍蝦身上，或許能夠從它們的身上得到更多的可利用能量物質。

半機械蟲的研發

關于半機械蟲的研制由來已久，早就有人建議將生物燃料電池植入活生物體內作為可持續的微型能源，蝸牛也只是被電化改造的動物之一。據《美國化學會志》的一篇論文中提到，美國凱斯西儲大學的施謝森曾將生物電池植入蟑螂體內。美國CFD研究公司的辛格哈爾與美國加州大學伯克利分校合作制造了發電甲蟲。

施謝森的蟑螂可能得到數百微瓦，與辛格哈爾的甲蟲相類。如果利用電容和脈沖釋放的方式就不用長期維持發電，施謝森的發電蟑螂已經能夠發送和接收一個無線電信號。

也有科學家將類似研究引入不同方向。2010年時法國約瑟夫傅里葉大學的桑剛曾將生物電池植入大鼠體內。專家推測，這類設備將可植入人體為起搏器等低功率的醫療設備供電。

利用活體生物進行能源開發，已經成了科學家逐層探索的新途徑。隨著研發的深入，專家已經將視角開始轉向了體積較大的活物。但是，人們開發利用生物資源的同時，一定要有節制，萬物生長有它獨立生存的依據。如果為了經濟或其他用途而不加選擇的濫用這些活體資源，那么科幻片里因為基因突變而成為龐然大物的蟲子們，將不再只是個傳說了。