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中国大学生研制出高效微生物燃料电池,获国际金奖

2015-11-7 9:00:44点击:


  给细菌“喂”勺糖,做成电池能持续产电80小时?这不是“天方夜谭”,而是天大化工学院学生团队研发出的成果——高效混菌微生物燃料电池,并于不久前获得了2015国际遗传工程机器设计竞赛(iGEM)金奖及该赛事Best Energy Project单项奖。

   
  天大化工学子研制高效混菌微生物燃料电池获国际比赛金奖

   
  装置图


  利用微生物代谢反应中的电子传递作为电池中的电子供体这一概念从上世纪70年代被提出。随着资源能源的匮乏,人们的目光由传统风能、电能转向更加贴近自然、廉价的微生物电催化,以工程理念经过不断改进优化微生物燃料电池已成为近年来生物化工领域的研究热点之一。天大化工学院团队第一次将复杂的混菌体系概念应用到微生物燃料电池中,并且得到了较为高效稳定的电输出结果。


  微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能转换为电能的装置。目前,国内外研制单一菌种微生物燃料电池较多,但由于产电菌自身代谢能力有限、提升空间小、改造困难、培养条件苛刻等,导致传统的微生物燃料电池产电效率低很难实现工业应用。


  天大的微生物燃料电池则选取了混合菌群体系。学生们利用基因工程对菌株进行改造,使工程化培养的混菌体系不仅共生,还能高效协同。“我们设计的体系中,每一种微生物都有各自独特的职能,分工明确、各司其职。这样能够减轻传统微生物燃料电池中产电细菌的代谢负担,提高其电子传递效率,使体系供电持续时间更长,效率更高。”团队成员之一、天津大学化工学院生物化工专业研究生刘悦介绍说。


  “细菌群就好像一个各司其职的团队,培养基为它们提供生存必备空气和水,我们希望今后通过给它们‘喂’饭——加一勺糖或者一把含有纤维素的草,使其干劲儿更足,产电量能够满足我们生活生产的需求。”团队指导教师天津大学化工学院元英进教授表示,“经过逐步技术优化,能生产出同锂电池电量相同的电输出,且持续时间长,成本低,绿色零污染。”


  据悉,天大化工学院研制的这款电池目前能持续高效产电超过80小时。未来,通过工程化设计和装置材料改进,有可能做成5号电池,甚至手机电池。


  iGEM竞赛评委对天津大学化工学院团队的成果评价颇高。英国Exeter大学生物中心主任John Love教授认为:“混菌电池具有很好的前景,天大所做的工作非常好!”。


  iGEM由美国麻省理工学院主办,是合成生物学领域最高国际性学术竞赛。合成生物学学科试图重新设计现有的天然的生物系统,或是设计和构建人工生物组建和系统,目的在于通过了解天然生物体系的运作机理来创造全新的生物体系。



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