本刊記者 袁立明

蝸居里的發(fā)電廠

本刊記者 袁立明

傳統(tǒng)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(fā)利用傳統(tǒng)能源的同時，也在不斷尋找著新的替代品。繼風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿茸匀荒茉幢婚_發(fā)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(fā)生物能源就順理成章成為科學(xué)家開辟的一條嶄新道路。一種半機械發(fā)電的蝸牛也就應(yīng)運而生了。

說起“半機械蝸?！保腥藭?lián)想起一部美國老電影：導(dǎo)演喬治·盧克斯的電影《星球大戰(zhàn)》，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(zhàn)讓后繼的科幻電影開始爭先效仿。隨著科技的發(fā)展，半機械的爬蟲也從銀幕走進了現(xiàn)實。于是，半機械蝸牛的出現(xiàn)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(fā)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(fā)電的蝸牛

據(jù)了解，這只發(fā)電的蝸牛來自美國紐約Potsdam的克拉克森大學(xué)與Ben-Gurion 大學(xué)聯(lián)合研究團隊的實驗室。團隊負(fù)責(zé)人卡茲介紹，他們將微型生物燃料電池植入蝸牛體內(nèi)，利用它們血淋巴中的葡萄糖和氧來發(fā)電。這只發(fā)電的蝸牛經(jīng)過飼養(yǎng)，可以再生在生物催化電極上消耗的葡萄糖，繼而產(chǎn)生新的電能。據(jù)說，半年過去后，這只帶電蝸牛還正常吃喝胡蘿卜，正常發(fā)電，狀態(tài)良好，情緒穩(wěn)定。

這項將干電池植入活的生命體內(nèi)，接著運行的技術(shù)，還是全球首例。那么這項技術(shù)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(nèi)，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(dāng)蝸牛四處爬動的時候，酶就產(chǎn)生一種化學(xué)反應(yīng)從葡萄糖中產(chǎn)生微弱的電量。據(jù)稱這只帶電的蝸牛在45分鐘時間內(nèi)能夠產(chǎn)生7.45微瓦的電能，不過此后的電能生產(chǎn)就下降了80%。為了獲取持續(xù)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(fù)責(zé)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(xù)產(chǎn)生長達數(shù)月的電量，因而成為勝任該任務(wù)的“不二人選”。據(jù)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(huán)境中生活，持續(xù)產(chǎn)生的電量，可以激活各種生物電子設(shè)備。比如他們被派遣到世界各地進行探索或暗中監(jiān)視敵人。因此，這項全球首例的技術(shù)概念，其最終的研究目的在于創(chuàng)造生化蝸牛或者昆蟲，植入一些技術(shù)裝置來收集蝸牛周圍的信息用于軍事環(huán)境監(jiān)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(fā)意義還是很可觀的。這些干電池組的未來幾代產(chǎn)品，可以為人工制造器官、納米機器人等電子設(shè)施提供能量，為起搏器或胰島素泵提供電力。因為是天然驅(qū)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(chǎn)生更多生物能源的辦法。卡茲的團隊將目標(biāo)轉(zhuǎn)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(zhì)。

半機械蟲的研發(fā)

關(guān)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(nèi)作為可持續(xù)的微型能源，蝸牛也只是被電化改造的動物之一。據(jù)《美國化學(xué)會志》的一篇論文中提到，美國凱斯西儲大學(xué)的施謝森曾將生物電池植入蟑螂體內(nèi)。美國CFD研究公司的辛格哈爾與美國加州大學(xué)伯克利分校合作制造了發(fā)電甲蟲。

施謝森的蟑螂可能得到數(shù)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(fā)電，施謝森的發(fā)電蟑螂已經(jīng)能夠發(fā)送和接收一個無線電信號。

也有科學(xué)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(xué)的桑剛曾將生物電池植入大鼠體內(nèi)。專家推測，這類設(shè)備將可植入人體為起搏器等低功率的醫(yī)療設(shè)備供電。

利用活體生物進行能源開發(fā)，已經(jīng)成了科學(xué)家逐層探索的新途徑。隨著研發(fā)的深入，專家已經(jīng)將視角開始轉(zhuǎn)向了體積較大的活物。但是，人們開發(fā)利用生物資源的同時，一定要有節(jié)制，萬物生長有它獨立生存的依據(jù)。如果為了經(jīng)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。