溶菌酶存在于哪里(易智编译：那些有趣的生物电池)

前几天，瑞典皇家科学院宣布将2019年诺贝尔化学奖授予了3位锂电池大咖，以表彰他们在锂离子电池领域的贡献。锂电池从发明到现在，已经得到了极大的发展，造福着人类社会。下面，我们一起来看看那些脑洞大开的黑科技和有趣的生物电池。

生物燃料电池作为能源家族中最特殊的一员，是一种真正意义上的绿色电池。其以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂，能量转化率理论上来讲相当高。生物燃料电池主要是依靠电极的生物催化反应将化学染料和氧化剂转化为电能。1911年，英国植物学家Potter用酵母菌和大肠杆菌进行试验，并且利用微生物产生了电流，从此拉开了生物电池的研究序幕。上世纪50年代美国科学家以宇航员的生活废弃物为原料进行研究生物燃料电池，极大的促进了生物电池的发展。此后，开发可植入人体，心脏起搏器或人工心脏等人造器官电源的生物电池引起科学家的极大研究兴趣。至此，生物电池的研究进入多样化。

一、仿生电鳗电池

电鳗，素有水中“高压线”之称，其捕食猎物时可以轻松放出650 V以上高电压。在2017年，弗里堡大学、加利福尼亚大学和密西根大学的研究小组从鳗鱼的放电器官中获得启发，生物3D打印技术，制作出了由多种水凝胶构成的生物电池（Nature, 2017, (552): 214-219）。该电池可以放出超过100 V的电压，以及其柔软易弯曲和生物相容的特性，非常适合为心脏起搏器、植入式传感器、假肢器官等植入式仪器提供电动力。

二、糖果电池

发表在《自然通讯》杂志上的一项研究表明，一种糖生物电池可以完全将糖中的化学能量转变为电流。​糖生物电池的能量存储密度大约是596安培-时/千克(A-h/kg)，相比之下，锂电池的能量存储密度为42安培-时/公斤。这表明糖生物电池比同等重量的现有锂电池持续使用至少10倍的时间。​

糖生物电池是一种酶催化燃料电池(EFC)，是一种发电生物化学设备，能够将糖原和淀粉中的化学能量转变成为电流。同时，酶催化燃料电池使用传统燃料电池相同的工作原理，它们使用酶代替贵金属催化剂来氧化它们的燃料。酶可以使用更复杂的燃料，例如：葡萄糖，同时，更复杂的燃料可使酶催化燃料电池具有更强的能量密度。

三、纸发电

2007年日本索尼公司展示了一款使用“生物电池”的随身听产品，这采用了一种“有机”电池，通过“消化”食物来获得电能，就像人一样。随后又展示了一款更加新颖的产品——能够“消化”废纸并将其转化为能源的电池。它可以分解废纸成分的酶处理这些废弃物并将其转化为能源的方法。在展会演示中，这种生物电池产生的电能成功地驱动了一台微型风扇。

这种发电的过程更像是一个消化系统。它采用的酶是木纤维质酵素，它可以将纸张中的纤维素分解为葡萄糖，而这正是索尼的这款电池可以将其转化为能源的原料物质。

从2012年就开始立项研究“纸电池”的瑞典林雪平大学有机电子实验室也开发了一款一块巴掌大小，薄如纸张的“纸电池”就能存储高达26800毫安的电量，超过15块iPhone6电池的容量。等“纸电池”一旦成功商业化，必将引起各种便携移动设备的大变革。

该款“纸电池”是由纳米纤维素（nanocellulose），即将纤维素分解成直径大约20nm的纤维。再将这些纳米纤维素浸泡在含有带电聚合物PEDOT:PSS的溶液中，使之与导电聚合物涂层结合封装而成，因此创建过程中无需加入任何有毒化学物质或重金属。而参与项目的博士Jesper Edberg称：“覆盖的纤维缠结在一起，空隙中的带电聚合物液体则作为电解液”，因此这种纸电池拥有特殊的能量储存能力。而新款纸电池的制备工作，与使用纤维纸浆的传统纸张一样（脱水方式相同），实验室内就是用烤箱来脱水完成最终的制备。这样生成的“纸电池”具有良好的延展性和可塑性，甚至可以轻松的折成千纸鹤。并且可以在几秒内完成快速充电，并且充放电的寿命能够达到几千次。

四、汗液发电

近期，美欧国际研究团队开发出一种独特的可贴在皮肤上的新型柔性可伸展器件，其能通过改变汗液中的化合物产生电能，可持续点亮LED（有机发光二极管）。该团队共同开发出一种柔性导电材料，由碳纳米管、交联聚合物和酶组成，通过可伸展的连接器连接，并通过丝网印刷直接印在材料上。跟随皮肤变形，生物燃料电池通过减少氧气和汗液中存在的乳酸氧化产生电能。一旦应用于手臂，其就会使用升压器为LED持续供电。该燃料电池的生产相对简单且便宜，主要成本是转化汗液中化合物的酶的生产。

五、眼泪发电

爱尔兰利莫瑞克大学科学家成功展示了一种可以发电的溶菌酶（lysozyme）。这种溶菌酶大量存在于鸟类的蛋清，哺乳类动物的眼泪、口水，以及乳汁的蛋白质中，在受到挤压时，会因为压电性而产生电流，俗称压电效应。从某种程度上实现了“用眼泪发电”。该论文发表在Applied Physics Letters（DOI：10.1063/1.4997446）杂志上。