MIT科学家用病毒制造锂电池、探测癌细胞……可以不用谈病毒色变

赖可 2020-02-27 13:26:32 来源：量子位

赖可 发自 凹非寺

量子位 报道 | 公众号 QbitAI

除了害人生病，病毒还可以用来造电池？

你没有看错。其实科学家早就在研究这件事，把病毒作为生物材料能干点啥。

除了制作电池，他们还研究了用病毒追踪癌细胞、制造触摸屏元件、制造化学气体……

科学家有个梦想：有一天，能驾驶病毒驱动的汽车。

病毒电池

大自然本身可以创造纳米级的材料，像坚硬的鲍鱼壳。用基因层次控制的蛋白质，构建出精妙的结构。

这让MIT的生物工程学教授Angela Belcher深深着迷。如果让电池这样的非生物结构，拥有基因控制能力，会怎样呢？

△Angela Belcher MIT生物工程系系主任；生物工程&材料科学&工程学教授

Belcher实验室试图理解和利用自然界的过程，启发设计，为能源，环境和医学设计材料和设备。

她选择了M13噬菌体。这是一种像一根香烟一样的长长的病毒，可以在细菌中自我繁殖。

首先需要完成一次人为操作的选择性进化。

Belcher将M13噬菌体DNA进行简单的编辑，病毒表达的蛋白质也发生改变，不同的蛋白质可以吸附不同的材料。

接着，她再将这些病毒暴露在她希望使用的材料上。有某种特定基因突变的病毒，就会吸附在材料上。这样，Belcher就筛选出了能够吸附这种材料病毒样本。

接下来，利用病毒的强大繁殖能力。把选择过的样本感染细菌，让它们自我复制，产生数以百万的副本。

让上百万个同样性质的病毒吸附住某种物质，这样就成为了电池的原材料。比如，让一部分病毒吸住碳纳米管；而另外一部分病毒吸住别的物质，变成电极材料。

而通过病毒自身的繁殖和进化，电池构架也会一点点进化，成为更好的电池。

这项技术可以扩展到元素周期表中的任何元素，只需寻找与其匹配的DNA序列即可。目前，Belcher制造出各种各样的病毒，与150多种不同的材料一起使用。

通过基因编辑和筛选，病毒可以吸引氧化钴或磷酸铁，这样，就可以通过这种方法制造磷酸铁锂、钴酸锂两种电池。

用病毒制造电池有什么好处

约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的高级电池研究科学家Konstantinos Gerasopoulos说：

使用病毒等生物材料的好处是，它们已经以“纳米”形式存在，因此它们本质上是用于合成电池材料的天然模板或支架。

一个应用前景是，用病毒制造高度有序的电极结构。这样可以缩短离子通过电极时的路径，能提高电池的充电和放电速率。

到目前位置，Belcher的病毒电极基本上还是随机结构，她和她的同事正努力引导病毒排列有序。

然而就是这样，病毒电池的性能已经超过了传统技术，拥有更高的容量、循环寿命和充电率。

Belcher认为，病毒组装的最大好处是它对环境友好。传统的电极制造需要使用有毒化学物质和高温。病毒电池只需要电极材料，室温水和一些基因工程病毒。

目前，已经有论文在研究如何将这项技术商业化。不过还面临一些挑战。一个主要的挑战是，使用大量病毒材料来达到生物分子的水平。

用病毒做其它事

除了病毒电池，Belcher已经和别人创立了两家公司，用病毒来做不同的事情。

第一家是用病毒促进制造工艺，为触摸屏制造电子元件。第一家是用将病毒用在制造程序中，把二氧化碳转化为乙烯。此外，她还尝试用病毒组装太阳能电池。

她还在与一个MIT的团队合作，用病毒组装技术来制作纳米粒子。

这些纳米粒子用来追踪极小极小的癌细胞。它们本来很难被医生检查出来，这对癌症早期检测会是很大的提升。

科学家们关于病毒的未来设想不止一个。

Belcher梦想有一天能开上病毒驱动的汽车。在癌症方面，科学家希望，病毒制作的纳米颗粒可以武装上生物材料武装，帮助杀死癌细胞。

听完了这个与众不同的病毒故事，你有什么感受呢？

参考链接：https://www.wired.com/story/the-next-generation-of-batteries-could-be-built-by-viruses/

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

— 完 —