这项技术离走出实验室不远了。
2009年，麻省理工学院生物工程教授安吉拉·贝尔彻专程来到白宫，向奥巴马总统展示一种新型电池。这个电池到底是什么来头，能让总统如此感兴趣？
本来，贝尔彻掌握了锂电池正负极的新制造技术，但其中一种材料并不是来自元素周期表，而是我们谈到的“病毒”。这一工程突破有望不仅降低电池制造过程中的毒性，还能提高电池性能。当时，奥巴马准备投资20亿美元推进电池技术，贝尔彻的“病毒”电池就是未来趋势之一。
十年过去了，贝尔彻的“病毒”电池进步神速，她制造的病毒可以和150多种不同的材料一起使用。贝尔彻还成功地证明了他的技术可以用来制造其他材料，比如太阳能电池。当然，贝尔彻驾驶带病毒电动车的愿望还没有实现，但这项技术离离开实验室不远了。
自然界中被称为微观僵尸的病毒也有能力弥合生与死的鸿沟。它们有完整的基因组，是彻头彻尾的生物，但与其他生物不同，没有宿主它们无法繁殖。但在Belcher看来，这些特性可以用于纳米工程，可以提高电池的能量密度、寿命和充电率，减少制造过程中的污染。
“在电池领域，越来越多的人开始探索纳米结构形式的正负材料。”约翰·霍普金斯应用物理实验室的高级研究专家康斯坦丁诺斯·杰拉索普洛斯解释说。“在制备纳米材料时，我们可以使用各种常规的化学技术。至于病毒等生物材料，优点是它们已经以“纳米”的形式存在，因此本质上是合成电池材料的天然模板或支架。”
神奇的大自然孕育了许多方法，可以用无机材料建造有用的结构，而不使用病毒。贝尔彻最喜欢的例子是石决明，它高度结构化，轻，在纳米水平上很强。经过数千万年的进化，石决明的DNA产生的蛋白质可以从富含矿物质的水生环境中提取钙分子，并将其沉积在自身身体的有序结构层中。虽然没有人用石决明制造电池，但贝尔彻意识到，我们可以在病毒中使用同样的基础技术，为人类制造有用的材料。
“我们一直试图通过生物工程来控制通常无法通过生物技术制造的纳米材料。”贝尔彻说。"我们扩展了生物学工具箱来处理那些新材料."
贝尔彻选择的病毒是M13噬菌体，这是一种可以在细菌中复制的雪茄状病毒。虽然它不是唯一可以用于纳米工程的病毒，但贝尔彻认为这是最好的选择，因为M13噬菌体的遗传物质易于操纵。
为了招募病毒制造电极，贝尔彻将它暴露在她希望病毒操纵的材料中。一些病毒DNA的自然或工程突变会导致它们锁定材料。后来，贝尔彻提取了这些病毒，并将其用于感染细菌，从而产生了数百万个相同的病毒副本。这个过程一遍又一遍地重复，随着每次迭代，病毒慢慢演变成一个经过精确调整的电池架构师。
贝尔彻的转基因病毒分不清电池的正负极，但这种能力对它们来说并不重要。在设定中，它们的DNA只需要解决简单的任务，但如果数百万病毒搞“毒海战术”，它们就能制造出可用的材料。例如，转基因病毒可以被修饰成仅表达表面蛋白，这可以吸引氧化钴颗粒覆盖其身体。病毒表面的其他蛋白质会吸引越来越多的氧化钴颗粒。因此，形成了钴氧化物纳米线，其由连接的病毒组成，并可用于电池电极。
贝尔彻的过程将DNA序列与元素周期表中的元素相匹配，从而形成了一种加速形式的非自然选择。DNA的单向编码可能会导致病毒锁定磷酸铁，但如果对编码进行调整，病毒可能会对氧化钴更感兴趣。这项技术可以扩展到元素周期表中的任何元素，只需要找到匹配的DNA序列。从这个角度来看，贝尔彻的工作与宠物狗爱好者的选择性繁殖没有太大区别。后者致力于创造完美的狗，这是大自然无法创造的。然而，贝尔彻不是繁殖贵宾犬，而是繁殖电池制造病毒。
简而言之，Belcher正在使用她的病毒组装技术来构建电极，并在一系列不同的电池类型中使用该技术。
当时，她向奥巴马展示的电池是一个标准的锂离子纽扣电池，就像石英表中使用的电池一样。然而，在大多数情况下，贝尔彻使用的电极具有更奇特的化学性质，类似于锂空气体和钠离子电池。她指出，这是因为与成熟的锂离子电池制造商竞争没有太大意义。“我们没有试图与当前的技术竞争。”贝尔彻说。“我们在研究一个问题，那就是‘生物学可以用来解决一些至今没有解决的问题吗？’"
当然，其中一个很有前景的应用是利用病毒创造高度有序的电极结构，以缩短离子通过电极的路径。伊利诺伊大学材料研究实验室主任保罗·布劳恩表示，这将提高电池的充放电率，堪称“储能领域的独特技能之一”。他还指出，原则上，病毒组装可以显著改善电池电极的结构，增加其充电率。
目前，贝尔彻的病毒组装电极在结构上基本上是随机的，但她和同事们正在努力引导病毒进入更有序的排列。尽管如此，她的病毒电池的性能还是优于传统电极，比如更高的电池容量、循环寿命和充电速率。不过，贝尔彻强调，病毒组装技术最大的优势在于其环保属性。传统的电极制造技术需要使用有毒化学品和高温，而Belcher只需要电极材料、室温水和一些转基因病毒。
“我的实验室现在最关心的是清洁能源技术。”贝尔彻解释道。这包括电极材料的来源和制造电极产生的废品等问题。
贝尔彻的病毒电池还没有商业化，但她和她的同事最近发表了几篇论文，详细介绍了这项技术在能源和其他行业的商业应用前景。
当贝尔彻第一次提出用病毒使东西对人类有用时，她被很多同事怀疑。她回忆说:“人们说我疯了。”
现在，这个想法似乎不再牵强，但要将这项技术从实验室带到现实世界并不那么容易。“传统的电池制造使用廉价的材料和工艺，但需要多年的研究和相关费用来提高性能，并通过病毒解决大规模生产问题。”印第安纳大学布鲁明顿分校的化学教授波格丹一世·德拉根解释说。“直到最近，我们才从物理性质的角度理解了病毒基材料的潜力。”
基于病毒电池技术，贝尔彻成立了两家公司。一个是成立于2004年的Cambrios Technologies，该公司使用新的制造技术生产触摸屏电子元件。第二家公司志留亚科技公司在将甲烷转化为乙烯的过程中使用病毒。此外，贝尔彻还利用病毒组装太阳能电池，但这种技术的效率暂时不足以与新型钙钛矿太阳能电池竞争。
当然，病毒能否参与电极的生产，达到商业化生产的标准，还是一个悬而未决的问题。Gerasopoulos说:“大量的材料会投入到电池生产设备中，所以不容易达到生物分子的水平。”幸运的是，他并不认为这个障碍是不可逾越的，但“到目前为止，这可能是最重要的挑战之一。”
即使我们永远无法驱动病毒驱动的特斯拉，贝尔彻的生物驱动纳米工程技术在与电无关的领域有着广阔的前景。在麻省理工学院，贝尔彻正与一组科学家合作，他们利用病毒组装技术生成肿瘤追踪纳米粒子。这些纳米粒子被设计用于追踪太小而无法被医生检测到的癌细胞，这可以大大提高癌症患者的早期发现率，降低死亡率。此外，这些粒子可以装备可以杀死癌细胞的生物材料，尽管这个目标离我们还有点远。
在人类历史上，病毒一直是疾病和死亡的前兆，但贝尔彻的工作指引我们走向未来。原来这些像死神一样的家伙真的可以被人利用。
