马萨诸塞大学阿默斯特分校的科学家开发出一种利用天然蛋白质从空气中的水分发电的装置。他们表示，这项新技术可能会对可再生能源、气候变化和医学的未来产生重大影响。

正如今天杂志《自然》报道的那样，电气工程师姚军(Jun Yao)的实验室和马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的微生物学家德里克洛夫利(Derek Lovley)开发了一种叫做“空气发电”或气动发电机的设备，这种设备具有由微生物地杆菌(Geobacter)产生的导电蛋白质纳米线。空气源将电极连接到蛋白质纳米线，从而由自然存在于大气中的水蒸气产生电流。

姚明说：“我们其实是凭空造电的。”"空气发电机全天候生产清洁能源."Lovely三十多年来一直在开发基于可持续生物的先进电子材料，他补充说，“这是迄今为止蛋白质纳米线最令人惊讶和兴奋的应用。”

姚实验室开发的这项新技术无污染、可再生、低成本。即使在湿度极低的地区(如撒哈拉沙漠)，也能发电。洛夫利表示，与其他形式的可再生能源(包括太阳能和风能)相比，它具有显著的优势，因为与其他可再生能源不同，Air-gen不需要阳光或风力，“甚至可以在室内使用”。

研究人员解释说，Air-gen设备只需要一层厚度小于10微米的蛋白质纳米线薄膜。薄膜的底部在电极上，而仅覆盖部分纳米线薄膜的较小电极在顶部。薄膜吸收大气中的水蒸气。蛋白质纳米线的导电性和表面化学的结合，加上薄膜中纳米线之间的孔隙，共同建立了在两个电极之间产生电流的条件。

研究人员表示，目前这一代Air-gen设备可以为小型电子设备供电，他们希望尽快将这项发明推向商业规模。他们计划的下一步包括开发一种小型Air-gen“贴片”，可以为电子可穿戴设备供电，如健康和健身监视器和智能手表，这将消除对传统电池的需求。他们还希望为手机开发Air-gens，以消除周期性充电。

姚明说，“最终目标是制造大规模系统。例如，这项技术可能会集成到墙壁涂层中，为您的房子供电。或者，我们可以开发一个独立的气动发电机来给房子供电。一旦我们达到电线生产的工业规模，我完全希望我们能够制造大规模的系统，这将为可持续的能源生产做出重大贡献。”

为了继续提高Geobacter的实际生物学功能，Lovley的实验室最近开发了一种新的微生物菌株，可以更快更便宜地批量生产蛋白质纳米线。他说，“我们把大肠杆菌变成了蛋白质中的纳米线工厂。”“通过这种新的可扩展工艺，蛋白质中纳米线的供应将不再是开发这些应用的瓶颈。”

他们说，Air-gen的发现反映了一种不同寻常的跨学科合作。30多年前，洛夫利在波托马克河的淤泥中发现了地球细菌和微生物。他的实验室后来发现了它生产导电蛋白质纳米线的能力。在加入UMass Amherst之前，姚在哈佛大学工作了多年，在那里他用硅纳米线设计电子设备。他们联合起来看从Geobacter收集的蛋白质纳米线是否可以用来制造有用的电子设备。

刘晓萌是姚博士实验室的一名学生，当他发现一起事故时，他正在开发一种传感装置。他回忆说：“我发现，当纳米线以特定的方式与电极接触时，该设备会产生电流。我发现暴露在大气湿度中是必不可少的，蛋白质纳米线会吸水，这会在设备上产生电压梯度。”

除了Air-gen，姚的实验室还利用蛋白质纳米线开发了其他几种应用。姚说：“这只是基于蛋白质的电子设备新时代的开始。”

这项研究由UMass Amherst的技术商业化和风险投资办公室的种子基金和校园自然科学学院的研究和发展基金提供部分支持。