让病毒为人类“打工”

说起病毒，我们常常闻之色变，殊不知，在科学家的手中，病毒有着神奇的作用。

“雇佣”病毒干活

美国麻省理工学院的生物学家安吉拉·贝尔彻是“雇佣”病毒干活的老手。攻读博士学位期间，贝尔彻研究了鲍鱼形成外壳的机制，发现鲍鱼能分泌一种蛋白质，迫使碳酸钙分子定向排列，从而形成坚硬的外壳。贝尔彻想，碳酸钙是一种无机化合物，工业中也用到许多无机化合物，那么，她能不能找到像鲍鱼这样能控制无机物的生物，让它们作为工人进行生产呢?

在多次考察和试用后，贝尔彻选出了优秀“工人”——M13噬菌体。M13噬菌体是一种寄生于细菌且对人体无害的病毒，它长得十分“苗条”，一条单链DNA封装在圆柱形的蛋白质外壳中，两端有几个其他类型的蛋白质。贝尔彻发现，同一个噬菌体侧面和两端的蛋白质能吸附不同的物质分子，而且不同的噬菌体吸附的分子也不相同，她可以通过实验找出最适宜与某种分子结合的噬菌体：将噬菌体投入到含有某种物质的烧杯中，然后增加溶液的酸性，洗去不能与该物质结合的噬菌体，如此反复多次，就能找到最佳噬菌体。

除了这种笨拙的方法外，基因工程的发展也帮了贝尔彻大忙。运用基因工程改变噬菌体两端的蛋白质，贝尔彻就可以批量制造出能粘接不同分子的噬菌体，再加上噬菌体侧面的蛋白质也具有吸附能力，用这些噬菌体作为桥梁就可以制造出数十亿种有各种特殊功能的结构。

制造病毒电池

噬菌体“工人”的第一份工作是制造电池。传统锂离子充电电池常使用锂化合物作为正极材料，用石墨作为负极材料，当锂离子通过电解质从负极流向正极时，电池便会发电，充电时离子流向则相反。想要提高电池的效率，需要使用浓度更高的电解液，这提高了电池的成本，对环境也不友好，而病毒的加入能改变这个状况。

贝尔彻从许多改造过的噬菌体中找到了最适合吸附氧化钴和磷酸铁的噬菌体，这两种材料分别可以用于制造电池的正极和负极。研究人员把相应噬菌体投入到化合物溶液中，让噬菌体全身“镀金”，这些噬菌体甚至还可以相互连接形成长数厘米的导线，从而可以被织成薄膜。将这些薄膜叠加成三明治结构，中间充满水，一块病毒锂电池就制成了。

病毒锂电池的优点很明显，与传统锂电池相比，病毒锂电池更易降解，由于制造过程需要相对较少的设备，病毒锂电池也更加便宜。而且病毒锂电池的电极间距离很短，也使充电和放电更加迅速。此外，噬菌体可以结合在各种材料的表面上，由此形成的电池重量更轻、体积更小，可以用在微型电子设备中。

当然，其缺点也很突出，作为连接桥梁的噬菌体太小了，能承载的正负极材料十分有限，直接导致电池电能较小，目前仅能为LED灯、手电筒、激光笔等小型设备供电。不过，贝尔彻并未放弃，近年来，碳纳米管、钙钛矿半导体等电极材料相继涌现，将之用噬菌体连接成电池，电池的性能也得到了大幅提升，将来如果能再提升改造噬菌体的产量，病毒锂电池也许就能跟大家见面了。

改良存储性能

很快，贝尔彻又为噬菌体找到了第二份工作：改良存储性能。

相变存储器是一种理想的计算机存储器，它通过电流和磁场的开关改变存储材料的状态从而进行数据闪存。与其他存储器相比，相变存储器同时具有存储容量大、存储速度快、即使断电存储数据也不会消失等优点，因此，相变存储器一出现就几乎打败了其他传统存储器。可是，相变存储器有一个难以解决的技术难点，其原材料与制造工艺具有不可协调的矛盾。

相变存储器常用到的一种原材料叫做锑化镓，它是存储器实现功能必不可少的原料，它在不同温度下发生晶体和非晶体的转变是实现存储功能的基础。但是，锑化镓在温度达到约347℃时会发生分解，从而丧失功能，而相变存储器的制造过程中需要使用到347℃以上的温度，两者的矛盾长期以来都得不到解决，成了相变存储器的一大制造难点。

噬菌体的出现解决了这个矛盾，它直接替换了锑化镓。贝尔彻团队制造了一种能吸附锗锡氧化物的噬菌体，在噬菌体的作用下，很快就能形成一条条纳米级别的锗锡氧化物导线。将这些导线编织成块，它就能取代锑化镓，成为相变存储器的主要原材料。锗锡氧化物的分解临界点约为447℃，用它来制造相变存储器，就不用担心分解失效的问题。

检测“系统”漏洞

噬菌体的吸附作用还有一个妙用，那就是检测漏洞。有一种噬菌体，能吸附半导体材料砷化镓，而对它的“近亲”氮化镓却不敏感，因此将这种噬菌体加入氮化镓电子元件中不会影响其性能，这使它可以被用来检测芯片上的缺陷。在用氮化镓晶体制造芯片时，如果晶体原子没有恰当结合，就会在局部位置产生微小的孔隙，这些孔隙长期累积会使芯片变形，最终会影响到电学特性。将噬菌体添加到芯片上，噬菌体就会大量聚集在孔隙处，如果让噬菌体带上荧光标记，我们就能用显微镜观察到这处缺陷。

不止是电子元件的漏洞，就连人体的漏洞——肿瘤细胞也可以被噬菌体检测出来。在噬菌体的一端先吸附上金、银等金属纳米颗粒，这些颗粒接收到能量后，会激发出强度高、稳定性好的荧光，很容易被检测到。将这些噬菌体注入人体，当噬菌体吸附到肿瘤细胞的蛋白质上时，医生就可以通过检测荧光来发现肿瘤细胞。用这个方法能够发现小到半毫米的肿瘤块，而传统的CT扫描只能发现直径最小为1厘米的肿瘤，这对癌症患者意义重大，因为早发现早治疗是提高癌症治愈率的重要条件。

不要再谈“毒”色变了，正确认识并运用病毒，它们也能发挥出巨大作用。