全球頭條：上一秒狂流汗，下一秒猛發(fā)電，是什么讓人體變身發(fā)電機？

最近的高溫天氣，簡直要把人熱炸了。

(資料圖)

只要一出門，汗水就嘩嘩嘩地滴個不停。

大多數(shù)人都處在“不想上班”“不想下班”的狀態(tài)。

（因為上下班路上熱?。。?/p>

汗水，也就是汗液，是由汗腺分泌的液體，其組成成分 98%-99% 是水。人類等高等動物會因為外界溫度過高、經(jīng)歷高強度運動或者神經(jīng)緊張等原因而發(fā)汗。

由于外界氣溫升高，或體內(nèi)產(chǎn)熱增加所致的熱刺激引起的發(fā)汗被稱為知覺發(fā)汗，發(fā)汗區(qū)域分布廣，涉及全身各部位皮膚，尤以前額、頸部、軀干前后、腰部、手背及前臂等部位最多，其次為頸、軀干側(cè)面及四肢大部分，再次為股內(nèi)側(cè)面及腋下，手掌和足發(fā)汗最少；另外，精神緊張也可以引起發(fā)汗，發(fā)汗中樞分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各個部位。

汗液具有降溫散熱、保護皮膚、排泄體內(nèi)廢物等作用；然而，過于發(fā)達的汗腺也常常會給人們帶來苦惱：粘膩的汗水打濕衣物，不僅會讓人感到難受，還可能散發(fā)出“不友好”的味道。

但是，你知道嗎？其實咸咸的汗水還有其他妙用，那就是發(fā)電。

沒錯，是用汗發(fā)電（而不是用愛發(fā)電）。

去年，來自新加坡國立大學的研究人員，就制作出了一種薄膜狀納米吸水材料，這種薄膜狀的材料能夠使皮膚上的汗水快速蒸發(fā)。更巧妙的是，它還利用水驅(qū)動發(fā)電技術(shù)，將人體汗液中的水分收集起來，為手表、健身追蹤器等可穿戴電子設備供電。

如今，來自馬薩諸塞大學阿默斯特分校（UMass Amherst）的研究團隊表示，他們設計的新型可發(fā)電生物膜有望徹底改變可穿戴電子設備行業(yè)，為個人醫(yī)療傳感器、個人電子設備等提供長期、持續(xù)的電力。

相關(guān)研究論文以“Microbial biofilms for electricity generation from water evaporation and power to wearables”為題，已發(fā)表在科學期刊《自然通訊》（Nature Communications）上。

圖｜由生物膜發(fā)電驅(qū)動傳感器，用于測量吞咽動作產(chǎn)生的機械信號。

“這是一項非常令人興奮的技術(shù)，”UMass Amherst 工程學院電子與計算機工程專業(yè)博士、該論文的第一作者 Xiaomeng Liu 說，“與其他所謂的‘綠色能源’不同，它是真正的綠色能源?！?/strong>

據(jù)論文描述，這種大約只有一張紙厚度的生物膜是由一種改造過的硫還原地桿菌（G. sulfurreducens）自然產(chǎn)生的。

在以往的研究中，硫還原地桿菌就曾被科學家們用來發(fā)電，而且也被用在“微生物電池”中為電氣設備供電，但仍然需要得到適當?shù)恼樟喜⒉粩唷巴段埂薄?/strong>

相比之下，這種新型生物膜不僅可以提供和同等大小電池一樣多甚至更多的能量，而且可以持續(xù)工作，且不需要“投喂”。

“這種生物膜更加高效，”UMass Amherst 微生物學特聘教授、該論文的共同通訊作者 Derek Lovley 說，“我們從根本上減少了所需的處理量，從而簡化了發(fā)電過程。我們在生物膜中持續(xù)地培養(yǎng)細胞，然后利用細胞的凝集（agglomeration）。這一過程減少了能源輸入，使一切變得更加簡單，并擴大了潛在的應用?！?/p>

圖｜新型生物膜的實際照片（左）和示意圖（右）

那么，新型生物膜利用生物皮膚上的水分產(chǎn)生能量的原理是什么呢？

首先，硫還原地桿菌在看起來像薄墊子的菌落上生長，每一個個體都通過一系列天然納米線與其他個體連接；其次，使用激光在薄膜上蝕刻小電路；然后，將被蝕刻上電路的薄膜放置在電極之間，并密封在柔軟、粘性、透氣的聚合物中；最后，收集、轉(zhuǎn)化能量，為小型設備提供電力。

“這是一個巨大的、尚未開發(fā)的能源來源?！?UMass Amherst 電子與計算機工程教授、該論文的共同通訊作者 Jun Yao 說。

天熱時，尤其是在炎熱的夏天，我們的皮膚表面充斥著汗水，而新型生物膜可以將汗水蒸發(fā)時產(chǎn)生的能量收集、轉(zhuǎn)化，并為小型設備提供電力。

Yao 表示，“電力供應，一直是可穿戴電子產(chǎn)品的限制因素之一。電池沒電了，必須更換或充電。但它們又笨重又不舒服。”但是，這種透明的、小巧的、薄薄的、柔韌的生物膜可以像創(chuàng)可貼一樣直接貼在皮膚上，連續(xù)不斷地產(chǎn)生穩(wěn)定的電力。

圖｜集成器件陣列為小型 LCD 屏幕供電。

在未來的工作中，研究團隊計劃增加生物膜的尺寸，從而為更復雜的皮膚可穿戴電子設備供電，“我們下一步將增加薄膜的尺寸，為更復雜的皮膚可穿戴電子設備供電，甚至為整個電子系統(tǒng)供電，而不是單個設備?！?研究團隊說。

參考鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-32105-6