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這項(xiàng)發(fā)表在《Nature Communications》上的新研究建立在先前對(duì)一種被稱為Geobacter sulfurreducens的特殊菌株的研究之上。這種微生物也被稱為electricigens，是已經(jīng)證明在某些條件下--包括在蒸發(fā)過(guò)程中--有能力產(chǎn)生電力的幾種微生物之一。這使得它成為用于生物膜的理想候選者，生物膜則可以粘在皮膚上，從而通過(guò)汗液的蒸發(fā)為可穿戴電子設(shè)備收集可用的電力。

到目前為止的麻煩是，保持這些微生物的活力、維持合適的條件和提供持續(xù)的原料都有些麻煩。阿默斯特團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，G. sulfurreducens不需要活著就能發(fā)電。事實(shí)上，當(dāng)擺脫了生存的義務(wù)后它似乎工作得更好。

該論文的第一作者之一、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校微生物學(xué)特聘教授Derek Lovley表示：“這要有效得多，我們通過(guò)從根本上削減所需的處理量簡(jiǎn)化了發(fā)電過(guò)程。我們?cè)谏锬ぶ锌沙掷m(xù)地生長(zhǎng)細(xì)胞，然后使用這種細(xì)胞的聚集物。這減少了能源投入，使一切變得更簡(jiǎn)單并擴(kuò)大了潛在的應(yīng)用。”

G. sulfurreducens生長(zhǎng)在薄薄的、墊狀的菌落中，約有一張紙的厚度，其中每個(gè)微生物通過(guò)研究小組所說(shuō)的“天然納米線”連接到其鄰居。研究小組利用這些墊子并用激光將小電路刻入其中。然后，它們被夾在電極之間并被包裹在一個(gè)柔軟、多孔的聚合物貼片中以戴在皮膚上，這樣當(dāng)汗水從皮膚上蒸發(fā)時(shí)它開始發(fā)電。

有意思的是，當(dāng)涉及到咸水時(shí)，這種生物膜似乎比基于無(wú)機(jī)蒸發(fā)的電流發(fā)生器效果好得多。根據(jù)研究論文，它的結(jié)構(gòu)也有利于蒸發(fā)--研究人員指出，“通過(guò)生物膜的水蒸發(fā)甚至比從開放的水面上蒸發(fā)更快”。

“可穿戴電子設(shè)備的限制因素一直是電源，”馬薩諸塞大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程系教授、該論文的另一位第一作者Jun Yao說(shuō)道，“電池耗盡必須更換或充電。它們也很笨拙、很重且令人不舒服?！痹搱F(tuán)隊(duì)指出，這種生物膜產(chǎn)生的能量跟同等大小的電池一樣多，無(wú)需喂食或照顧且永遠(yuǎn)不需要插電和充電。

本文的實(shí)驗(yàn)表明，生物膜皮膚貼片至少可以保持18個(gè)小時(shí)的性能并能為測(cè)量脈搏、呼吸和其他身體信號(hào)的應(yīng)變傳感器供電。當(dāng)相互連接時(shí)，生物膜片為一個(gè)激光圖案的可穿戴式電化學(xué)葡萄糖傳感器供電。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，這些生物膜在測(cè)試的第35天顯示出與第一天相似的性能。

但這里的潛力可能比可穿戴設(shè)備要大得多。這項(xiàng)研究指出，其結(jié)果表明，生物膜片是一種創(chuàng)新的、可持續(xù)生產(chǎn)的材料，它能從基于蒸發(fā)的發(fā)電中進(jìn)行可擴(kuò)展的電力生產(chǎn)，“”微生物細(xì)胞組織成高度通道化、高表面積材料的其他戰(zhàn)略可能是可行的。微生物的普遍性和它們形成生物膜的傾向性表明在不同的環(huán)境中通過(guò)類似的基于蒸發(fā)的策略來(lái)收集電力的可能性。”

如果這被證明可以在大面積上擴(kuò)展，那么到達(dá)地球的大量太陽(yáng)能中約有50%是在水蒸發(fā)的過(guò)程中被吸收的，也許這項(xiàng)技術(shù)可以代表一種利用這種能量的方式--盡管這肯定是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。