在供應二氧化碳的透明罐或管中生長的藻類可以將溫室氣體轉化為其他化合物，如食品補充劑或燃料。但這一過程會導致藻類在表面堆積，使其混濁並降低效率，每隔幾週就需要進行費力的清理。麻省理工學院的研究人員已經想出了一個簡單而廉價的技術，可以大大限制這種污垢，有可能允許以一種更有效和更經濟的方式將不需要的溫室氣體轉化為有用的產品。

關鍵是在透明的容器上塗上一種能夠保持靜電的材料，然後在該層上施加一個非常小的電壓。該系統在實驗室規模的測試中運行良好，隨著進一步的發展，可能在幾年內應用於商業生產。

2023年4月13日，《先進功能材料》雜誌報導了這一發現，論文作者是麻省理工學院最近的畢業生Victor Leon博士’23，機械工程教授克里帕·瓦拉納西，前博士後巴普蒂斯特-布朗，以及本科生索菲亞-桑納特。

由於水藻細胞的膜表面自然帶有少量的負電荷，研究小組認為可以利用靜電排斥來推開它們。資料來源：研究人員提供

瓦拉納西指出，無論減少或消除碳排放的努力多麼成功，仍然會有多餘的溫室氣體在未來幾個世紀裡留在大氣中，繼續影響全球氣候。

當人們想到減少二氧化碳的生物方法時，首先想到的通常是種植或保護樹木，它們確實是大氣中碳的一個重要”匯”。但是還有其他的，例如海洋藻類約佔今天地球上吸收的全球二氧化碳的50%。這些藻類的生長速度是陸地植物的10到50倍，而且它們可以在池塘或水箱中生長，只佔用陸地植物的十分之一的土地面積。

更重要的是，海藻本身可以成為一種有用的產品。這些藻類含有豐富的蛋白質、維生素和其他營養物質，它們在每單位的土地上產生的營養產出可以遠遠超過一些傳統的農作物。

如果附著在煤或天然氣發電廠的煙氣輸出上，藻類不僅可以依靠二氧化碳作為營養源而茁壯成長，而且一些微藻類物種還可以消耗這些排放物中存在的相關氮和硫的氧化物。每兩或三公斤的二氧化碳，可以生產一公斤的海藻，這些海藻可以作為生物燃料，或用於歐米茄-3，或食品。

歐米伽3脂肪酸是一種廣泛使用的食品補充劑，因為它們是細胞膜和其他組織的重要組成部分，但不能由人體製造，必須從食物中獲得。歐米伽3特別有吸引力，因為它也是一種價值更高的產品。

大多數商業化種植的海藻是在淺水池塘中培養的，而其他海藻則是在被稱為光生物反應器的透明管中生長。在一定數量的土地上，這些管子的產量可以比池塘高7到10倍，但是它們面臨著一個主要問題：藻類往往在透明容器的表面上堆積，需要經常關閉整個生產系統進行清潔，這可能需要和生產週期一樣長的時間，從而使總產量減半，增加了運營成本。污垢也限制了系統的設計。管子不能太小，因為污垢會開始阻擋通過生物反應器的水流，需要更高的抽水速率。

瓦拉納西和他的團隊決定嘗試利用藻類細胞的一個自然特性來抵禦污垢。因為這些細胞的膜表面自然帶有少量的負電荷，該團隊認為可以利用靜電排斥來推開它們。

這個想法是在容器壁上創造一個負電荷，這樣電場就能迫使水藻細胞離開容器壁。要創造這樣一個電場需要一種高性能的電介質材料，這是一種具有高”容限”的電絕緣體，可以用較小的電壓產生較大的表面電荷變化。

該團隊使用了兩種不同的介電材料，二氧化矽–基本上是玻璃–和鉿（氧化鉿），這兩種材料在減少污垢方面的效率遠遠高於用於製造光生物反應器的傳統塑料。這種材料可以被塗成一種薄得驚人的塗層，只有10到20納米（十億分之一米）厚，因此只需要很少的材料就可以塗滿整個光生物反應器系統。純粹從靜電相互作用來看，研究人員能夠控制細胞的粘附。

此外，由於使用的是這種靜電力，並不期望它真的是特定的細胞，而且有可能將其應用於其他細胞而不僅僅是水藻。在未來的工作中可以嘗試將其用於哺乳動物細胞、細菌、酵母等。它還可以用於其他有價值的藻類，如螺旋藻，這些藻類被廣泛用作食品補充劑。

同樣的系統可以用來排斥或吸引細胞，只需扭轉電壓，這取決於特定的應用。代替藻類，類似的設置可能會被用於人類細胞，通過生產一個可以充電的支架來吸引細胞進入正確的配置，從而生產人工器官。

至於多久可以為廣泛部署做好準備，他說：”我不明白為什麼不在三年的時間框架內，如果我們得到適當的資源，能夠推進這項工作。”