这些发现为改进微生物燃料电池结构打开了大门

在最近的Geobacter实验中，Derek Lovley和他的同事发现，Geobacter是一种喜欢沉积物的微生物，它的毛发状细丝帮助它从泥土和废水中产生电流马萨诸塞大学阿默斯特分校监督一个新的菌株的演变，戏剧性地增加功率输出每个细胞和整体的体积功率。与早期菌株相比，它的生物膜更薄，缩短了电极上达到产生电能浓度的时间。

“这项新研究表明，产量可以提高，它让我们很好地了解如何从基因上选择更强大的生物体。”这项研究得到了美国海军研究办公室和美国能源部的支持，发表在《生物传感器和生物电子学》(Biosensors and Bioelectronics) 8月刊上，现在可以在网上找到。

这些发现为改进微生物燃料电池结构打开了大门，并将导致“远远超出从泥浆中提取电力的新应用，”洛夫利说。在新的实验中马萨诸塞大学阿默斯特研究人员适应了这种微生物所处的环境，促使它采用更有效的电流转移方法。

Lovley说:“据保守估计，在很短的时间内，我们将功率输出提高了8倍。”“有了这一技术，我们已经突破了近年来一直阻碍我们的电力生产的停滞期。”现在，计划可以向前推进，设计微生物燃料电池，将废水和可再生生物质转化为电力，处理单个家庭的垃圾，同时产生本地化电力(在发展中国家特别有吸引力)，为移动电子产品、车辆和植入医疗设备提供动力，推动污染环境的生物修复。

Geobacter的毛发状菌毛非常细，直径只有3到5纳米，大约比人类的头发细2万倍，比它们的长度宽1000倍以上。然而，他们是强大的。由于其在移动电子中的作用而被称为纳米线，菌毛是这种特殊微生物从有机废物和沉积物中产生电流的秘密。在土壤和沉积物中，地杆菌的菌毛对形成生物膜起到至关重要的作用，而生物膜有助于电子产物向铁的转移。在自然界中，细菌菌落形成胶状生物膜，固定在牙齿或水下岩石表面，在食物源附近提供生存环境。

Geobacter生物膜的“偶然”电子转移技能，自然选择的产物，提出了一条通往Lovley?他可能会利用选择性压力来增加它产生能量的能力。他和同事们像往常一样在石墨电极上培养Geobacter，以醋酸盐为食物，让菌落形成具有生物活性的黏液或生物膜，在纳米线上进行电子转移。但在这个新实验中，他们在电极中添加了一个很小的400毫伏“推回”电流，迫使Geobacter更用力地挤压，以摆脱电子。

洛夫利指出，在短短5个月内，提供了更具挑战性的环境，结果是一种强化了的微生物的进化，这种微生物可以在电极上施加比原始菌株至少多8倍的电流。“我对这个结果非常满意，”这位微生物学家说。“我们得到的反馈非常快，结果非常令人满意。”他补充道:“我仍然对它们能发电感到惊讶，但我很高兴能探索如何利用这种能力。我相信未来会开发出我们现在甚至无法想象的应用程序。”

1987年，Lovley和他的同事在波托马克河下的沉积物中发现了厌氧微生物Geobacter，他的第一次实验探索了它在净化土壤方面的用途，因为它能像我们呼吸氧气一样呼吸铁和其他金属。Geobacter在各种生物修复任务中显示出了前景，但微生物学家在2002年进一步发现，它可以从土壤、沉积物和废水中发现的有机物中发电。这种能力似乎是2005年发现的导电菌毛的一个特征。总之，这些发现导致了对如何利用微生物在微生物燃料电池中发电的深入研究。

微生物燃料电池可以在不燃烧的情况下将燃料转化为电能，它由一个电极(阳极)和另一个电极(阴极)组成，前者接受来自微生物的电子，后者将电子转移到氧气上。电子在阳极和阴极之间流动以提供电流，这些电流可以收集起来为电子设备供电。