2009年5月11日

一月紀聞國外篇--2009.5(473)

生物工程大改造 病毒造電池
4/2 科幻小說中常出現利用微生物生產各式產品的情節,如今美國麻省理工學院生物工程學教授貝兒雀(Angela Belcher)的研究團隊,將使這個幻想成為現實。他們利用生物工程特化的噬菌體病毒,造出可用在鋰電池上的正負電極,並以此做出可供電的電池,成果發表於Science期刊。

貝爾雀的團隊在三年前,就已經能夠讓病毒自我鍍上一層鋰電池的材料——氧化鈷(cobalt oxide)。這可以做成一個鋰電池的陽極,但要以同樣的技術做成陰極,卻有更多的困難,因為陰極的材料多是絕緣體物質,不能用跟金屬離子材料同樣的方法,鍍在病毒上面。為了解決這個困難,貝爾雀的團隊與材料學的同仁合作,先讓病毒自己鍍上磷化錳(iron phosphate),再讓這些病毒抓住奈米碳管(carbon nanotube),以讓兩個物質形成導電的結構。

這樣的結構產生了能夠導電的陰極,並且不會給實驗中的電池原型添加太多重量。在反覆測試後,這個由病毒製成電極的電池,使用壽限雖比不上市售的一般鋰電池,但至少能夠充電一百次而不會損失電容量,團隊還寄望日後的研究能夠提高到更好的效率。此外,雖然實驗的電池原型約一個硬幣大小,但是在進一步的應用上,可以用這些病毒創作出奈米尺寸的微型電池,以供研究發展中的微型機械(nano machine)的動力需求。

能夠自行探索新知的機械人
4/3 英國威爾斯阿伯里斯特威斯大學(Aberystwyth University in Wales)與劍橋大學的科學家共同製作了一個會做生物實驗的機械人,能夠在沒有外人操作下,鑑定酵母菌的基因功能,並自行設計進一步的生物實驗。

該團隊領隊電腦科學教授金恩(Ross King),對這個取名為亞當(Adam)的機械人的功用表示:「在酵母菌的基因體被定序完成之後,人類便已知道酵母菌裡的6000多個基因是怎麼組成的,但卻不知道他們的功用為何。而在對這些基因一一作實驗鑑定時,機械人可以表達得比人類更清楚仔細。」

在輸入目前所有關於酵母菌的實驗數據之後,亞當便可以自行根據已知的資料,針對未知功能的酵母菌基因規畫實驗,觀察去除未知基因的酵母菌突變株有何表現。亞當一天最多能夠進行1000次實驗,而它目前已經累積鑑定出12個過去不清楚功能的酵母菌基因。

英國卡地夫大學工程學教授費姆(Duc Pham)表示:「亞當是機械人跟電腦工程學上的一項創舉,但距離取代人工還嫌太早。他所能做的工作,也不過是跟一個新進研究人員一樣。」對此金恩並不表示反對,在成本上亞當也確實比人類要貴上許多。但他強調亞當能以邏輯的方式運作,有時甚至能夠表達得比人類更清晰。他們下一步將會製作另一台機械人夏娃(Eve),將以研究新藥為目的。

在地上模擬太陽核反應
3/31 美國能源部宣布正式通過加州勞倫斯利佛摩國家實驗室的「國家點燃實驗設施」(National Ignition Facility, NIF)的實驗認證。這是一個威力強大的雷射裝置,能夠模擬氫彈爆炸甚至太陽上面的核融合反應。

這個裝置的核心,是讓高速運行的192道雷射光束,同時精準地匯集到密閉艙室中–一個只有幾粒米大小的圓柱體上,引燃放在裡頭的氫燃料球,以期望在這高溫高壓的環境下,模擬出核融合反應,產生出比引發的雷射光束更強大的能量。

核融合一直被能源科學家寄望能夠解決能源問題,因其具有提供無限量乾淨能源的潛力,但是目前在地球上也只有氫彈能夠表現出這種反應,而且這樣子的核融合無法受人類控制。科學家希望能夠藉由NIF,尋找出安定並且能夠控制的核融合方式,提供乾淨的能源。

正式的實驗將預定在2010年開始,屆時雷射強度將會逐步提高,最終達到科學家所謂「核融合點火」的強度。

微生物電解槽 古菌生甲烷
3/30 美國賓州州立大學環境工程學教授羅根(Bruce Logan)主導研究微生物電解槽(microbial electrolysis cell, MEC)的團隊,發現原本預期在供電後會產生氫氣的微生物,在實驗後的主要產物居然是以甲烷居多。

在眾多微生物當中,確實有能代謝醋酸產生甲烷的品種存在。然而羅根教授用來實驗的古細菌(Archaea),只有被供給電力、水與二氧化碳等原料,原本預期能夠產生氫氣,做為燃料用途,結果得到的甲烷產量反而遠多過氫氣,與已知的生物反應必須要以有機化合物為原料,才能產生甲烷的認知不同。

羅根表示,如果能夠配合自然的能源,如風力、太陽能供給電力,便能夠以低廉的成本,將二氧化碳轉化為燃料。這項發現發表在《環境科學與科技》(Environmental Science and Technology)期刊上。

發光吧!癌細胞
3/21 日本東京大學和奧林帕斯(Olympus)光學公司合作的研究小組,發表經由動物實驗確認的新成果。他們在小鼠的癌細胞周圍噴灑一種可發出螢光的特殊藥劑,只會和癌細胞結合,能作為標記,有助於提高手術效率,防止癌細胞再生。

研究小組以體內腹腔長1~2毫米的老鼠為實驗對象,透過伸入體內的特殊攝影機傳送老鼠體內的畫面,來下刀切除發光的癌細胞,直到割除掉全部有螢光標記的地方。

目前一般的癌細胞手術是利用放進體內的攝影機,透過畫面來加以切除,但由於擺設位置的關係,會產生看不到的死角。若這項技術能夠順利應用到人身上,便可大幅提高癌細胞切除的效率,減少手術時間與病人的負擔。該研究小組並計畫與美國國家衛生研究院(NIH)針對人體的應用進行研究合作。

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