CN107210471B - 生物能量动力系统 - Google Patents

Abstract

本文涉及包含选择过程、提取过程和转移过程的生物能量动力系统，更具体地，涉及使用选择过程来产生能量增强有机体的生物能量动力系统。在一些实施例中，使用提取过程从能量增强有机体产生富能匀浆，以及转移过程将能量从富能匀浆转移到电网或能量储存器件，来提取和消耗能量。在其它实施例中，使能量增强有机体保持活力，并且使用纯石英水系统进行提取，以及转移过程以将能量从纯石英水系统转移到电网或能量储存器件，来提取和消耗能量。

Description

生物能量动力系统

相关申请的交叉引用

本申请案要求2014年12月5日提交的题为生物能量动力系统的美国临时专利申请案第62/088,349号的权益。

技术领域

所公开的发明总体上涉及生物能量学。更具体地，所公开的过程和方法涉及增强初级生物能量系统(例如果蝇群体)，以及从增强的生物能量系统中收获高产量的电子、质子和ATP。收获的能量立即可供使用，或者可以储存以供将来人类使用。

背景技术

目前，能量和储存能量的最佳来源是化石燃料、煤、天然气、石油和核能。这些含有高水平的能量，其可经释放供人类使用。然而，这些能量来源带来重大的环境和经济风险。因此，替代能量是重要的工作领域，且如今正在使用许多形式的替代能量。相对广泛使用的技术实例是陆上风力、海上风力、常规涡轮机、联合循环涡轮机、地热、太阳能光伏、水力发电、太阳能热、CSP、生物质、生物燃料、核能和煤。然而，这些形式的能量也有很大的缺点。例如，风力涡轮机可以收集可再生能量，但已知鸟类和蝙蝠与涡轮机相撞。另一个实例是用于制造燃料乙醇的玉米。虽然这是可再生能量来源，但大部分植物都浪费在该过程中，且数千亩肥沃的农田致力于生长用于燃料的玉米而不是粮食。此外，从可再生来源收获的能量通常不能储存；它必须立即转移到电网。且虽然目前的科学进步(例如将太阳能储存在液流蓄电池(batteries)、氢或熔盐中)使得可再生来源更有可能储存，但这些进展缓慢，且在未来几年将不会成为可行的商业选择。

与许多类型的可再生能量相关的另一个问题是进入电网。分散的能量生产(例如使用燃料电池、太阳能和风力技术)，对于电网而言是有局限性的，因为所生产的能量在一个地点或位置没有达到最大化，且因此不能立即用于电网。相反，生产的能量是局部的和分散的。石油、煤、天然气、核能和水力发电等能量来源不存在这些问题，因为能量是在一个位置(发电厂)生产的。然而，一个主要缺点是这些能量来源可能不可再生，并带来很大的环境挑战。因此，需要安全、可再生和环保的能量来源，其富能、可在一个位置生产并可根据需要提供。

发明内容

所公开的生物能量动力系统可以通过不损害人类或环境的技术来增加供人类使用的生物能量可利用性。此外，生物能量可以在一个位置产生。系统是基于主要储存高水平能量的可再生生物过程(选择、繁殖果蝇品系)。这种能量可以根据需要以类似于化石燃料且不依赖环境条件的高效方式提供给人类使用。

通过对果蝇施加选择应激，可以增加果蝇后代的天然生物能量(NAD、ATP、ADP和AMP)和电能(电子和质子)的可利用性。这导致发育时间的减少，且随着时间的推移，增强了存活。施加在果蝇上的选择应激的类型是严重的营养应激，其中NAD作为选择剂，且电子传递链(ETC)作为选择目标。可以使用放松选择来确保世代的连续性。果蝇品系可以在真空(vac)系统中培养(即在具有特定电磁场的法拉第笼中培养)，并且可以在选择品系和亲本品系之间进行选择杂交。可以随时间监测品系，且可以选择通过发育时间减少和存活增强所指示的能量可利用性增强的品系。

能量可利用性增强的所选果蝇作为初级能量储存器，类似于化石燃料。然后可以通过任何所描述的系统收获果蝇中的能量，以供使用。一个系统使用能量可利用性增强的果蝇来产生富能匀浆的四种类型之一，然后将其与任何以下分散实体或过程集成以生产电能：燃料电池、太阳能电池板、线性加速器或ETC能量系统(HPLC加库仑技术)。第二个系统在独立的整个有机体能量系统中使用能量可利用性增强的果蝇。此系统将培养物保持在具有特定电磁场、电磁场屏蔽、作为芯片的固态石英系统和纯化水的法拉第笼中。这些系统中的任何一个可以摄取所生产的能量并将其引导到供人类使用的电网或储存器件。作为初级能量储存器的生物材料和进行生物能量收集过程所需的系统都可以位于一个中央发电站。

附图说明

图1是代谢中碳流和电子流的图。

图2示出了有助于使生物能量可用于人类使用的系统的一个实施例。

图3示出了提取系统的一个实施例。

图4示出了有助于使生物能量可用于人类使用的系统的一个实施例。

图5示出了有助于使生物能量可用于人类使用的系统的一个实施例。

图6示出了独立的整个有机体能量系统的一个实施例。

图7示出了独立的整个有机体能量系统的一个实施例的俯视图。

图8示出了独立的整个有机体能量系统的一个实施例的侧视图。

图9示出了独立的整个有机体能量系统的一个实施例的一部分的俯视图。

图10示出了独立的整个有机体能量系统的一个实施例的一部分的俯视图。

图11示出了独立的整个有机体能量系统的一个实施例的一部分的俯视图。

图12示出了独立的整个有机体能量系统的一个实施例的一部分的俯视图。

图13是描绘本公开的一个实施例的各个组件之间的相互作用的图。

图14是描绘存在于本公开的一个实施例中的反馈回路的图。

图15是描绘在有机体中增强能量可利用性的选择发生之后，如何能够将来自有机体的能量提取物与各种技术相结合供人类使用的图。

图16是描绘有机体中增强能量可利用性的总体选择过程并且进一步描绘了所选有机体可经处理供人类使用的各种方式的图。

图17是描绘所公开系统的仪器配置的图。

图18是描绘所公开系统的选择过程的一个实施例的图。

图19是描绘从有机体产生匀浆的过程的一个实施例的图。

图20是描绘从有机体产生匀浆的过程的一个实施例的图。

图21是描绘从有机体产生匀浆的过程的一个实施例的图。

图22是描绘从有机体产生匀浆的过程的一个实施例的图。

图23是描绘从有机体产生匀浆的过程的一个实施例的图。

图24是描绘在从有机体提取能量之后在所公开的系统中发生的碳流和电子流的图。

图25是描绘富能匀浆可经操作供人类能量使用或储存的各种方式的图。

图26是描绘从有机体提取能量的图。

图27是描绘通过高压液相色谱泵对富能匀浆进行处理时的各种输出的图。

图28是描绘通过使用所公开的系统产生的各种富能匀浆的图。

图29是描绘通过使用所公开的系统产生的各种富能匀浆以及这些匀浆如何可以用作人类使用能量的图。

图30是描绘通过使用所公开的系统产生的各种富能匀浆以及这些匀浆如何可以用作人类使用能量的图。

图31是描绘通过使用所公开的系统产生的各种富能匀浆以及这些匀浆如何可以用作人类使用能量的图。

图32示出了实例酶促生物燃料电池。

图33示出了实例经改造的酶促生物燃料电池。

图34示出了实例酶促生物燃料电池。

图35示出了实例经改造的酶促生物燃料电池。

图36示出了独立的整个有机体能量系统的一个实施例。

图37是描绘电网的当前问题以及所公开系统的一个一般性实施例的图。

图38是描绘所公开系统的选择过程的一个实施例的图。

图39是描绘所公开系统的选择过程的一个实施例的图。

图40是描绘呼吸电子传递链的图。

具体实施方式

将参考附图详细描述各种实施例，其中贯穿于几个视图中，相同的附图标记表示相同的部件和配件。对各种实施例的提及并不限制所附权利要求的范围。此外，在本说明书中阐述的任何实例不旨在是限制性的，并且仅仅阐述了所附权利要求的许多可能实施例中的一些。应当理解，在情况建议或允许下，可以进行等同物的各种省略和替代，但是这些旨在覆盖应用或实施例而不脱离所附权利要求的精神或范围。而且，应当理解，本文使用的措词和术语是为了描述的目的，且不应被视为限制。

概述

在最基本的层面上，人类需要移动电子且可能地移动质子作为车辆和其它耗能产品的主要能量来源。人类通常从诸如化石燃料(即石油、煤、天然气)的碳基来源获得这种能量，因为它们富含能量。然而，化石燃料也导致环境退化和负面的经济影响。此外，如图37所示，使用化石燃料作为能量存在几个电网问题。幸运的是，生物材料可用于通过碳源电子和质子提供能量。因此，从碳基化石燃料到碳基生物能量的社会转型相比于转型为非碳基能量非常可取且更容易接受。所公开的发明描述了从生物碳基材料中收获、转移和储存能量以提供人类使用能量的方法和过程。

通常，图13-16和26所示的所公开系统将电子和质子从生物有机体转移到电网或储存器件。这种转移可以通过两个主要过程之一进行，如图15和16所示。首先，在选择能量增强的果蝇品系之后，可以产生富能匀浆并直接与燃料电池、太阳能电池板(PVS)、线性加速器或电子传递链(ETC)能量系统结合，如图2-5、17和26所示，并且可以将能量从生物有机体移动到电网或储存器。第二个过程涉及使用如图6-12所示的独立的整个有机体能量系统，其中保持果蝇品系存活于标准法拉第笼中，后者带有收集所生产能量的纯石英-水系统。

第一个过程涉及图18中简要图示的选择过程、图19-23所示的提取过程及转移过程，提供可供人类使用的即时能量或直接进入电网和储存器件。选择过程通常涉及将选择应激施加于生物有机体上以增强其能量可利用性。这些选定的生物有机体将是能量的初级储存器。提取过程通常涉及从生物有机体中提取呈电子、质子和ATP形式的能量。转移过程通常涉及从生物有机体转移能量，及(1)提供可供人类使用的即时能量，或(2)将能量转移到电网或储存器件。

选择过程

在一些实施例中，图18、38和39所示的所公开的选择过程涉及使用有机体的两种品系，每种品系具有不同的发育时间；严重的营养应激；连续多代选择；使用补充NAD和选择目标(实例：ETC)；放松选择以确保世代连续性；使用“真空”系统，这是在具有特定EMF的法拉第笼中的培养；基于发育时间减少和能量可利用性增加，所选品系和亲本品系之间以各种排列杂交；监测所选品系、亲本品系和组合品系随时间的变化；及确定发育时间减少和能量可利用性增加的品系。

在优选的实施例中，使用二倍体有机体作为生物能量来源。例如，在一个实施例中，黑腹果蝇(通常称为果蝇的二倍体有机体)可以生长和培养。在选择过程中使用的材料包括但不限于果蝇品系、培养设备、食物、瓶子、小瓶、生长箱、法拉第笼和电子器件。总体而言，程序涉及使用两种具有不同发育速率的果蝇品系，品系F(快速发育时间)和品系S(缓慢发育时间)；应用生物能量选择模型；锁定ETC为选择对象，其标准能量输出如图40所示；使用NAD作为选择剂；且屏蔽后代免于随机电磁场(EMF)并暴露于特定的EMF。过程的每个部分可以增加果蝇的能量可利用性。另外，选择过程可产生具有如发育时间减少及体能增加所指示的生物能量可利用性增加的果蝇品系。所选的果蝇品系然后可以作为初级的能量储存来源。

因为应激暴露了自然遗传变异，所以通过选择剂NAD可以将其用作寻找能量代谢和能量可利用性的变化的工具。所公开选择过程的目的是通过将有机体暴露于应激食物条件来产生生物能量可利用性增加的有机体。图1示出了代谢中的能量流。图24示出了所公开系统中的代谢能量流。营养物质(如碳或葡萄糖)被系统消耗且当代谢时，辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)可用。NAD是生产ATP(即能量)的ETC的直接参与者。NAD还是许多脱氢酶(包括醇脱氢酶(ADH)和甘油-3-磷酸脱氢酶(GPDH))的辅因子，且因此被认为是具有广泛代谢和生理功能的分子。

在果蝇幼虫发育期间，补充NAD可以提高可用ATP的比例，且可以提高ATP/ADP比率，如图18所示。如上所述，图1示出了NAD在能量代谢中的主要作用。具体来说，它示出了能量代谢中电子收集和电子转移到ETC中的主要作用。在所公开的系统中，NAD如下改变幼虫果蝇中的ETC：NAD的补充改变了NAD池，使其变得相对氧化。这种效应增强了从(1)NAD池到ETC的电子转移和(2)果蝇匀浆中的电子可利用性，这是由于导致代谢停滞和糖酵解和柠檬酸循环活性不足或受限的条件的原因。电子转移增强改变了氧化还原电位，导致通过ETC的电子传递加速，及质子泵浦和能量可利用性增加。这种效应可以增加穿过线粒体内膜的质子动力(PMF)，随后改变细胞溶质磷酸化状态。如上所述，发育时间减少与能量可利用性的增加和ATP/ADP比率的增加相关。

所公开的选择过程是生产具有增强的生物能量可利用性的生物材料的新型应激-选择-稳定模型。选择过程利用生物有机体的整个基因组和群体水平过程，无诱变或克隆。能量然后可以从生物有机体转移到电网或储存器供人类使用。

在选择过程的优选实施例中，两种果蝇品系F和S用于选择，如图38所示，以增加遗传多样性，并因此增强能量可利用性。两种品系在发育时间、能量可利用性和遗传变异性方面都有差异。用于增强能量可利用性的强化选择可以进行多代(例如，G1至G5)，在必要时利用放松选择来维持群体连续性。由于能量可利用性、ATP/ADP比率和ETC活性的增加导致发育时间的减少，发育时间的变化可以用作能量可利用性增加的指标。

在优选的实施例中，可以在补充有NAD的应激食物上培养成虫蝇的亲本品系，并在产卵之后除去。应激食物可以包括水、酵母和琼脂。一旦后代从补充有NAD的应激食物中的卵中孵出，然后可以将这些新鲜的蝇(“G1”)收集并培养在标准食物上，并在其产卵之后将其从标准食物培养物中除去。标准食物可以是即时干燥食物和水。现在，G1蝇已经在补充NAD的应激食物上被孵出，已经迁移到标准食物培养物中，并且已经在标准食物上产卵。当将其从标准食物培养物中除去时，将其放回补充有NAD的应激食物上，以便在此培养物中产卵。如果这些G1成虫没有一个存活，那么来自标准食物条件的新鲜蝇，即G1的后代，然后可以用作G1的替代品，通过放在补充有NAD的应激食物上来建立下一代选择。然而，如果任何G1成虫存活，那么将其保持在补充有NAD的应激食物上，直到它们产卵，此时及时将其除去。然后新鲜蝇(“G2”)将完成G1蝇的相同过程，其中一旦孵出，就将其移除到标准食物培养物中以产卵，且然后转移回补充有NAD的应激食物中以产卵，如果它们孵出，则成为G3蝇。

在一个实施例中，可以在补充有NAD的应激食物上给予每一代成虫两天的产卵期。然后可以除去这些成虫，并且可以在18摄氏度培养实验食物的小瓶。当来自实验食物小瓶的所有存活后代都被收集时，可将其转移到标准食物小瓶中24小时。然后将这些后代转移到实验食物中，用于两天的产卵期，以建立下一代。如果实验食物中存活的后代太少，可以使用在标准食物上保持24小时的存活成虫的其它子代以重新建立保持在实验食物上的后代。

因此，亲代(G0)可以具有在补充有NAD的应激食物上孵出的后代(G1)；一旦孵出，然后将G1移到标准食物；G1在标准食物上产“备份”卵；将G1移回补充有NAD的应激食物；G1在补充NAD的应激食物上产卵；从补充有NAD的应激食物中除去G1；G1后代在补充有NAD的应激食物上孵出(G2)，并移至标准食物；G2在标准食物上产“备份”卵；将G2移回补充有NAD的应激食物；G2在补充有NAD的应激食物上产卵；从补充有NAD的应激食物中除去G2；G2后代在补充有NAD的应激食物上孵出(G3)，并移到标准食物；G3在标准食物上产“备份”卵；将G3移回补充有NAD的应激食物；G3在补充有NAD的应激食物上产卵；从补充有NAD的应激食物中除去G3，等等。

可以根据最初存活的蝇建立下一代的能力有条件地选择每一代。此过程确保能量选择过程的连续性，并保留能量代谢的变化和潜在遗传结构的变化。

在一个实施例中，在五或六代之后，成功的品系将出现在选择过程中，并且可以用于剩余的选择过程(例如G5至G10、G6至G10或G6至G11)。此时，可以使用真空系统，并且可以为存活提供稳定的效果。如图4所示，真空系统是在具有特定电磁场的法拉第笼中的培养。标准法拉第笼包括包围一定空间体积的铜网筛。它经电接地，使得波长大于网格尺寸、冲击筛的电磁波将泄漏到地面并且仅最小程度地穿透内部空间。因此，内部空间在大于铜网间距的波长范围内具有大大降低的电磁综合功率密度。在一个实施例中，可以预期铜网笼层将EM场强降低大约十倍。

选择完成后，可以将具有最大生物能量可利用性的亲本和选择品系保持在标准食物上，并可以监测品系性能。在NAD存在下，幼虫发育时间的减少可归因于生物能量可利用性的增加。

通常，杂交导致杂种优势、杂种活力、有害隐性基因的掩蔽以及杂合性和变异性的增加。随着时间的推移，分离将破坏上述情况，并导致发育时间增加。

随着时间的推移，就上述选择品系和任何非选择品系而言，可以发生随机遗传分离。一些品系可以表现出相对较早的羽化和大量的幸存者。认为这些品系是成功的，因为它们提供增强的生物能量可利用性。

在一些品系表现出增强的生物能量可利用性之后，可以选择它们并与其它成功品系组合。例如，可以组合几个成功的选择品系以产生新品系。或者，可以仅组合两个成功的选择品系以产生新品系。

然后可以将新品系与来自不同家系的选定品系组合(实例，从品系F开始和进化的三个品系可以与从品系S开始和进化的品系组合)。然后可以将这种新品系与两个亲本品系组合以产生最终品系，其随着时间的推移保持在分散的世代中。尽管随着时间的推移随机遗传分离可能发生，但与所有其它品系相比，最终品系可以始终表现出如发育时间减少和大量成虫幸存者所指示的增强的能量可利用性。

对于早期世代，选择程序可以使得能够建立可以满足增加生物能量可利用性、确定ETC活性和增加电子和质子的可利用性的需要的选择方案和应激水平。然后这些世代可以随后结合到其它系统。对于后期世代，可以使用选择程序来使与其它系统的结合能力最大化。

总之，所公开的选择过程的第一步是使用交替的应激和非应激食物条件、测量能量可利用性、选择具有增强的能量可利用性的品系、随着时间的推移稳定和组合这些品系、允许所选品系的能量可利用性随着时间的推移由于群体水平的遗传分离而变化、在不同时期组合能量可利用性增强的品系，并在整个时间段内选择且组合表现出增强的能量可利用性的品系。

一旦建立了所需的果蝇品系，它们储存的能量可以以各种方式通向人类。本文公开了获得能量的五种不同方式，其中四种涉及使用果蝇来制成富能匀浆且其中之一涉及在独立的整个有机体能量系统600中直接使用果蝇。涉及由果蝇制成富能匀浆的四种方式最初都是使用提取过程进行的，如下所述且如图19-23所示。此后，富能匀浆可用于燃料电池、太阳能电池板、线性加速器或ETC能量系统，以使能量可供人类使用或转移到电网或储存器中。

提取过程

图19-31所示的提取过程提供了富能的溶液，其可以以多种方式使用以提供人类使用能量：(1)作为燃料电池的组件，(2)作为太阳能电池板的组件，(3)与线性加速器的组件组合，或(4)通过使用ETC能量系统，如下所述。包含提取系统300的材料在图3中示出，并且可以包括但不限于样品托盘302、微量离心机304、冷冻的富能匀浆固定器306、pH计和标准物、称重天平、冷冻离心机310、均质器308、试管、刮铲、玻璃器皿、移液管、液氮、储存和分配设备以及至少一种低温生物提取装置。

通常，提取过程产生两种形式的富能匀浆：未处理的匀浆和用补充NAD处理的匀浆，两者都可以以两种方式进一步处理：不提取NAD、ATP、ADP和AMP或使用甲酸(例如4.2M)和氢氧化铵(例如4.2M)和匀浆冻融提取NAD、ATP、ADP和AMP。因此，如图28所示，有四种富能匀浆可用于评估相对能量产量：(1)未处理，未提取；(2)未处理，经提取；(3)经处理，未提取；和(4)经处理，经提取。

更具体地，在提取过程的匀浆制备部分的一个实施例中，可以使用由单一培养物的第三龄幼虫制备的单一幼虫匀浆进行提取。图19示出了F品系的过程。图20和22示出了由成虫所产的卵孵出的F品系幼虫的过程，所述3-5天龄的成虫转移到标准食物，在标准食物上给予五天产卵期以产卵，然后除去成虫。图21示出了由成虫所产的卵孵出的F和S品系幼虫的过程，所述3-5天龄的成虫转移到补充有NAD和NAD加葡萄糖的应激食物，在经补充的应激食物上给予五天产卵期以产卵，然后除去成虫。图23示出了由成虫所产的卵孵出的F和S品系幼虫的过程，所述成虫在标准食物上产卵。

幼虫可以在0-3℃下在纯水(在一些实施例中约500微升)中均质化。匀浆的较小部分，例如100微升部分，可以从初始组合获得，并立即转移到冰上的离心管中。在一个实施例中，在将匀浆添加到管之前，管最初是空的。在另一个实施例中，管最初补充有蒸馏水。在第三个实施例中，管最初补充有NAD。管中的水或NAD的量可以变化，但在一些实施例中为100微升。匀浆部分和补充剂(如果有的话)可以混合并储存在冰上一段时间(例如10分钟)以促进代谢活性。

在提取过程的第二个实施例中，可以使用由单一培养物的第三龄幼虫制备的单一幼虫匀浆进行提取。可以将幼虫转移到微量离心管中、称重并在各种量的冰冷纯水(例如250微升)中均质化。可以将NAD或纯水以各种量或浓度(例如250微升的0.01M NAD或纯水)加入到微量离心管中。或者，没有任何东西可以添加到微量离心管。然后可以将溶液混合并储存在冰上一段时间(例如40分钟)以促进代谢活性。

在一些实施例中，可以将来自任一实施例中上述管的富能匀浆立即转移到试验/电子转移系统中，如下所述且如图29和30所示，或可用于燃料电池、太阳能电池板或线性加速器，如图29和31所示。

在另一个实施例中，可以通过使用甲酸和氢氧化铵(例如，4.2M甲酸和4.2M氢氧化铵)从上述管中的富能匀浆提取NAD、ATP、ADP或AMP。在此实施例中，停止富能匀浆中的代谢活性。进行该处理之后，然后可以将剩余富能匀浆转移到试验/电子转移系统中，如图24、25、29和30所示，或可作为人类使用能量用于燃料电池、太阳能电池板或线性加速器，如图25、29和31所示。

ETC能量系统：转移过程

在转移过程中，使用图2、4和5所示的转移系统200，富能匀浆可以通过高压液相色谱(HPLC)泵208或通过完整的HPLC装置206直接转移到电化学/库仑仪器/检测器且可以评估输出电压。完整的HPLC装置206包括HPLC泵208、分离柱212、流动相设备204、梯度产生器、PDA检测器202、管402、电压计216和处理系统。

库仑法通过测量消耗或产生的电量(以库仑计)来确定在电解反应期间转化的物质的量。库仑器件214可以通过测量在电解反应期间消耗或产生的电量来检测和量化匀浆或溶液中的生物分子。因此，库仑器件214可以利用和转移富能匀浆中可用的电子。此外，库仑器件214可以将信息输出到电压计216以显示已经产生能量。

HPLC泵208或完整的HPLC装置206可以连接到库仑器件214，其将生物学上确定的、增强的ETC活性(化学渗透过程)结合到复杂的电化学过程，以帮助能量(即电子和质子)从果蝇转移到电网或储存器件供人类使用。

转移过程通常起始于上述四种形式的富能匀浆之一：(1)未处理，未提取；(2)未处理，经提取；(3)经处理，未提取；和(4)经处理，经提取。

无论处理或未处理且提取或未提取的富能匀浆可以以两种方式之一直接转移到库仑器件214中。第一种方式是通过HPLC泵208。第二种方式是通过完整的HPLC装置206，其包括HPLC泵208、匀浆样品的位置210、分离柱212、流动相设备204、梯度产生器和PDA检测器202。然后可以评估输出电压，并收集用于随后使用的特定能量分子。

如果将完整的HPLC装置206用于已提取NAD、ATP、ADP和AMP的富能匀浆，则HPLC装置206可以包括离子交换柱及流动相或预编程梯度。梯度的一个实例是用磷酸滴定至pH4.5的0.033M甲酸钠和用甲酸滴定至pH 2.7的0.5M磷酸钠。梯度的第二个实例是0.05M磷酸二氢钠和0.5M磷酸二氢钠，用甲酸滴定至pH 2.8。

在优选的实施例中，库仑器件214可以使用其中洗脱液中的反应性生物分子流动穿过多孔石墨电极而不是紧靠电极流过的池。因此，利用这种设计，几乎所有的反应性生物分子都可被氧化或还原。或者，在一个实施例中，洗脱液中的反应性生物分子可以紧靠电极流过。然而，优选的实施例产生更大量的反应性生物分子(10-20倍)。所产生的电流与感兴趣物质的浓度直接相关。

如图17所示，在HPLC泵208连接到库仑器件214之后，可以用注射阀手动注射匀浆。在一个实施例中，使用1ml/min的流速。在优选实施例中，应该彻底启动HPLC泵208并且应该提供一致的流速。HPLC泵208可能需要背压(例如，大约1000psi)以有效地起作用。如果使用分离柱212，则分离柱212可产生此背压。另外，长条窄孔管可以产生背压线圈。在另一个实施例中，样品注射完全自动化的完整HPLC装置206可用于将匀浆转移到库仑器件214。

库仑器件214有两种类型的输出：电输出和数字信号输出，如图27所示。库仑器件214的最重要的初始输出是从尼尔-康塞曼卡口(BNC)连接器，因为到电压计216的开放导线可以显示能量产生，且因此库仑器件214工作。以下简要描述的所有其它输出说明如何将电信号从库仑器件214发送到A/D转换器及计算机上，仅用于量化和分析目的；不能提供电子或质子作为人类使用能量。根据软件，信号可以以各种方式进行分析。

为了输出数据用于量化和分析目的，在一个实施例中，BNC连接器可以附接到电压计216和同轴电缆，该电缆可连接到可附接到个人计算机的模拟数字转换器。计算机上的软件可用于记录输出信息。在另一个实施例中，RS-232可以连接到USB，该USB可以连接到A/D转换器盒，该盒可连接到运行特定软件(例如但不限于赛默飞世尔(Thermofisher)/戴安(Dionex)软件或沃特世(Waters)软件)的个人计算机。在另一个实施例中，可以使用变色龙(Chromeleon)软件，但是需要接口盒来将来自检测器的信号数字化到计算机。在此实施例中，用户可以将以太网电缆从库仑器件214走线到接口盒，绕过BNC，且然后到计算机以利用该软件。

燃料电池

富能匀浆可以作为新的反应性基质直接用于燃料电池中。在优选实施例中，使用类似于图32和34所示的酶促生物燃料电池的装置，其包括阳极和阴极。

传统的燃料电池可以具有带正电的电极(即阴极)和带负电的电极(即阳极)，由电解质(例如但不限于陶瓷或塑料膜)分开，或由质子交换膜或聚合物电解质膜(PEM)分开。电解质或PEM可以防止氢和电子在阴极和阳极之间流动。然而，由一个质子组成的氢离子仍然可以穿过。

标准燃料电池将燃料与氧化剂组合，以发电和产热。在PEM燃料电池中，氢燃料通过阳极，在此用铂催化剂将其分解成电子和氢离子，氢离子是质子。电子穿过外部电路，其中它们的能量用于运行电子器件，然后迁移到阴极。一旦带正电的离子已经穿过燃料电池中心处的PEM，它们在阴极处与氧(氧化剂)结合，使用铂催化剂产生水。PEM燃料电池类似于蓄电池(battery)，因为两个电极被电解质分开。然而，在燃料电池中，与在蓄电池中不同，电极不被消耗。因此，这是只要连续加燃料氢和氧，就将继续发电的燃料电池。热和水是这种燃料电池的仅有副产物。

一种类型的燃料电池是将燃料的氧化能量直接转化为电能的电化学电池。电极可以浸入电解质中，并且将燃料(即氢)供应到一个电极，同时将氧化剂(即氧)供应到另一个电极。可能发生电极反应，导致燃料的氧化，产生电流。燃料电池可以从燃料和氧化剂的反应发电。与蓄电池不同，电池和其电极不变。将燃料氢通过负极泵入溶液电解质，其中它与带电粒子离子反应产生水。在正极处，氧再生了离子，使得电极之间存在净流量，产生电位差(连接电极的电路中的电压)。

在图33和图35所示的所公开系统的优选实施例中，所使用的燃料电池类型是经改造的酶促生物燃料电池。酶促生物燃料电池的阳极可以由适合于生物燃料转化的氧化酶催化，或者可以由此类酶的复合体催化以使生物燃料完全氧化。例如，如图32和34所示，待氧化的生物燃料可以是葡萄糖，并且催化剂可以包括燃料氧化酶葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶和醇脱氢酶。酶促生物燃料电池的阴极可以包括使用分子氧作为最终电子受体并在中性或微酸性介质中催化还原成水的氧化还原酶。

在经改造的酶促燃料电池的情况下，其实施例示于图33和35中，所公开的系统包括能量可利用性增加的果蝇的选择过程和产生富能匀浆的提取程序，如上所述。在一个实施例中，富能匀浆可用作生物燃料，并且NAD可用作催化剂以取代目前使用的酶。或者，富能匀浆可以补充燃料且NAD可以补充酶，而非完全取代当前的燃料和酶。第三种选择包括使用氧作为底物，NAD作为催化剂，且富能匀浆作为电子来源。阳极和电极可以进一步由PEM分开。

太阳能电池板

富能匀浆也可以作为新的反应性基质直接用于太阳能电池板中。例如，在一个实施例中，所公开的系统可以结合到太阳能伏打电池。标准太阳能伏打电池包括金属触点之间的两个硅半导体，由电网保护。一个半导体可倾向于收集正电荷，而另一个半导体可倾向于收集负电荷。当光子撞击半导体(涂覆有n型硅晶体的p型硅晶体)之间的连接处时，它们可以置换被吸引到正半导体的电子。金属触点可以连接两个带电区域，利用电位差并产生电流。原子和分子吸收光子可引起激发或电离。

通过将富能匀浆结合到半导体之间的连接处，太阳能伏打电池可以与所公开的系统集成。如上所述，当将NAD加入富能匀浆中时，富能匀浆中的NAD池变得相对氧化。因此，电子传递由于氧化的NAD池而增强。电子传递也由于富能匀浆而增强，因为后者的代谢停滞以及糖酵解和柠檬酸循环活性不足或受限。增强的电子转移改变了太阳能伏打电池的氧化还原电位，导致两个硅半导体之间的电子传递加速。

线性加速器

富能匀浆也可以直接与收集所产生粒子的线性加速器的组件一起使用。线性加速器基本上是大型电磁体。通常，粒子在线性加速器中相互碰撞，从而产生较小的粒子，这些较小的粒子被线性加速器的组件所检测。认为电子和质子是比在线性加速器中传统上正在研究的那些更大的粒子。因此，当富能匀浆与线性加速器组件组合时，电子和质子可以容易地从富能匀浆转移到储存器件或电网。总之，此过程可以通过反转通常使用的流过系统的方向从富能匀浆中提取电子和质子。

独立的整个有机体能量系统

如上所述且如图6-12和36所示，独立的整个有机体能量系统600是从期望的能量增强的果蝇品系获得能量的五种不同方式之一，其它四种方式全部使用从果蝇产生的富能匀浆。此系统600包括冷冻生长箱608、具有电磁场(EMF)屏蔽的器件700、特定的EMF、光源604、用作芯片的固态石英系统706、纯化水606和至少一个能量增强的果蝇群体602，如图6所示。它是独立的生物能量来源。然而，基于石英系统706的使用，此器件可以与太阳能电池板集成。

具有EMF屏蔽的器件700包括标准法拉第笼708和法拉第笼盖702，其具有包围内部空间的铜网筛，如图7所示。法拉第笼708和盖702可以接地，使得波长大于网格尺寸的电磁波将泄漏到地面并且仅最小程度地穿透内部空间。因此，内部空间在大于铜网间距的波长下具有大大降低的电磁综合功率密度。尺寸为40cm×40cm×30cm的铜网笼可将EMF强度降低10至50倍。

电子器件704可以位于内部空间中。一个电子器件704可以是产生(例如)5.0、8.0和9.3MHz的频率的三重振荡器器件。电子器件704在暴露距离处的输出功率可以小于1微瓦。电子器件704可以是没有暴露于人类信息影响的电子器件，或者它可以是已经暴露于人类信息影响的电子器件。在内部空间中包括两种类型的电子器件704可以增加果蝇品系的ATP/ADP比率并减少发育时间。

因此，法拉第笼708的内部空间可以容纳不暴露于人类信息影响的电子器件704、瓶子培养中所选的果蝇群体602、含纯水706的纯石英试管和暴露于人类信息影响的电子器件704，如图7和图9-12所示。包括包围内部空间的铜网筛与其它组件的标准法拉第笼可以接地并以规定温度(例如18摄氏度)位于生长箱中。此系统的屏蔽和特定EMF有助于将生物能量从能量增强的果蝇品系转移到纯石英-水系统。

储存器件

来自能量增强的果蝇品系的生物能量(实例：NAD、ATP、ADP和AMP)和电能(电子和质子)起初储存在那些所选果蝇品系中，类似于来自化石燃料的能量如何储存在化石燃料中。来自能量增强的果蝇品系的生物能量和电能可以在提取和转移过程中释放。

如上所述，有五种方式直接并立即使用储存在果蝇中的能量。五种方式中的四种涉及通过燃料电池、太阳能电池板、线性加速器或ETC能量系统从四种类型的富能匀浆中的任一种提取生物能量、电子和质子，如图24-25和27所示，并立即使用该电能。第五种方式涉及通过独立的整个有机体能量系统600提取电子和质子，以便立即使用。

然而，能量可以储存在(例如)电容器、额外燃料电池、发电厂、太阳能电池板或其它系统中，而非从果蝇中提取电能并立即使用能量。

在用作能量储存器的燃料电池技术的一个实例中，能量源自果蝇，如上所述，并以氢的形式储存。例如，来自果蝇的过量电能可以输入电解槽中以将水分解成其组成部分：氧和氢。然后可以将氢储存在任何类型的燃料电池中，后者作为将氢转化为电的最有效手段而运行。此外，电解槽和燃料电池是互补的技术。因此，当需要能量时，燃料电池可将储存的能量释放回电网。或者，可以将储存的氢转而出售给使用质子交换膜燃料电池为其车辆供电的燃料电池电动车辆所有者，而非将能量释放给电网。

在能量储存器的一个实例中，能量源自果蝇(如上所述)、转化为氢并储存在基于醌的液流蓄电池中。在另一个实例中，源自果蝇的能量可以转化为热且热可以捕获在储热库中。储库热的一个实例是将来自果蝇的所转化热量储存在熔盐中，其可以在不改变状态的情况下吸收极高的温度。

上述各种实施例仅通过说明的方式提供，而不应被解释为限制所附权利要求。本领域技术人员将容易地认识到在不遵循本文示出和描述的实例实施例和应用且不脱离所附权利要求的真实精神和范围的情况下可作出的各种修改和改变。

Claims (18)

1.一种生物能量动力系统，其包含：

用于产生第一个能量增强的二倍体有机体品系的选择过程，所述选择过程包含：对第一个二倍体有机体品系的多代施加营养应激，其中：

将来自每一代所述第一个二倍体有机体品系的成虫在补充有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的低营养食物上培养；

将来自每一代所述第一个二倍体有机体品系的所述成虫在补充有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的所述低营养食物上产生后代；

将来自每一代所述第一个二倍体有机体品系的所述后代从补充有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的所述低营养食物移到标准营养食物；

将来自每一代所述第一个二倍体有机体品系的存活后代在补充有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的所述低营养食物上培养并繁殖；及

施加到所述第一个二倍体有机体品系的所述多代的所述营养应激产生所述第一个能量增强的二倍体有机体品系，其中所述第一个能量增强的二倍体有机体品系包含发育时间减少的有机体，发育时间减少是因为与所述第一个二倍体有机体品系相比，移动电子和质子的水平更高，且与所述第一个二倍体有机体品系相比，所述移动电子和质子通过电子传递链的转移水平更高；

用于从所述第一个能量增强的二倍体有机体品系产生富能匀浆的提取过程，所述提取过程包含：

在所述标准营养食物上培养所述第一个能量增强的二倍体有机体品系；

允许所述第一个能量增强的二倍体有机体品系在所述标准营养食物上产生多个能量增强的后代；

将所述多个所述能量增强的后代的至少一部分均质化成流体以产生匀浆；和

用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸补充所述匀浆以增强和维持代谢活性并产生富能匀浆。

2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含转移过程，其中所述富能匀浆被转移到器件。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述转移过程包含将所述富能匀浆结合到连接到库仑器件的高压液相色谱泵。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述器件是能量电网。

5.根据权利要求2所述的系统，其中所述器件是储存器件。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述储存器件是燃料电池。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述储存器件是液流蓄电池。

8.根据权利要求5所述的系统，其中所述储存器件是熔盐。

9.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含对所述第一个能量增强的二倍体有机体品系的放松选择过程，以确保所述第一个能量增强的二倍体有机体品系的世代的连续性。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述选择过程在具有预定电磁场的法拉第笼中完成，用于屏蔽所述第一个二倍体有机体品系的所述多代的所述后代和所述第一个能量增强的二倍体有机体品系的后代免于随机电磁场。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一个能量增强的二倍体有机体品系在具有预定电磁场的法拉第笼中培养，用于屏蔽所述第一个能量增强的二倍体有机体品系的后代免于随机电磁场。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述法拉第笼包含包围内部空间的铜网筛，所述内部空间具有固态石英系统、纯化水和所述第一个能量增强的二倍体有机体品系。

13.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含转移过程，其中所述富能匀浆被转移到电子转移系统。

14.根据权利要求2所述的系统，其中所述转移过程进一步包含将所述富能匀浆其次结合到燃料电池、太阳能电池板和线性加速器中的至少一个。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述选择过程进一步包含：

将来自所述第一个能量增强的二倍体有机体品系的有机体与来自所述第一个二倍体有机体品系的第一代的有机体杂交产生后代；和

在所述标准营养食物上培养所述后代。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述选择过程产生第二个能量增强的二倍体有机体品系，其与所述第一个能量增强的二倍体有机体品系杂交以产生第三个能量增强的二倍体有机体品系。

17.根据权利要求16所述的系统，其中来自所述第三个能量增强的二倍体有机体品系的有机体与来自所述第一个二倍体有机体品系的第一代的有机体杂交，以产生显现出杂种优势的第四个杂种的能量增强的二倍体有机体品系。

18.根据权利要求1所述的系统，其中所述提取过程进一步包含在预定量的时间之后停止所述匀浆中的代谢活性以产生所述富能匀浆。

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