前沿科技：細(xì)菌有望通過人工光合作用生產(chǎn)太陽能

美國研究人員強(qiáng)迫將金納米顆粒喂給非光合細(xì)菌。貴金屬的位的發(fā)行給微生物以打開光進(jìn)入太陽能燃料的能力，報(bào)告一個(gè)Nanowerk文章。

熱乙酸穆爾氏菌通常不能進(jìn)行光合作用。從研究美國加州大學(xué)伯克利分校(加州大學(xué)伯克利分校)加入硫化鎘納米粒子對細(xì)菌的細(xì)胞膜的外部。

硫化鎘可以吸收光。當(dāng)嫁接到細(xì)菌上時(shí)，它們充當(dāng)了能夠進(jìn)行人工光合作用的半導(dǎo)體。熱乙型支原體-CdS能夠?qū)㈥柟夂投趸嫁D(zhuǎn)化為可用能量。

加州大學(xué)伯克利分校的同一個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了他們。他們想提高細(xì)菌的人工光合作用的效率。

在美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health)資助的一項(xiàng)新研究中，研究員Peidong Yang拍攝了可以吸收光的金納米團(tuán)簇。他將納米金屬插入了基線非光合作用的熱乙酸穆爾氏菌。

楊在科學(xué)期刊《自然納米技術(shù)》上發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。他報(bào)告說，與早期使用硫化鎘的小組相比，新一批的人工光合細(xì)菌可以產(chǎn)生更多的化學(xué)產(chǎn)品。(相關(guān)：正在進(jìn)行新的科學(xué)努力，以利用太陽能電池板的能量將水轉(zhuǎn)化為燃料。)

納米粒子可實(shí)現(xiàn)細(xì)菌的光合作用

在較早的批次中使用硫化鎘作為吸光半導(dǎo)體的問題是其對細(xì)菌的毒性。因此，納米顆粒只能錨定在熱乙酸分支桿菌細(xì)胞膜的外表面。

當(dāng)被陽光照射時(shí)，每個(gè)納米粒子都會(huì)釋放出一個(gè)電子。電子穿過細(xì)菌并激活各種酶。產(chǎn)生的反應(yīng)導(dǎo)致稱為二氧化碳還原的過程。

二氧化碳的還原將氣體轉(zhuǎn)化成乙酸鹽。該化學(xué)物質(zhì)是太陽能中的重要成分。

這種細(xì)胞外模型的量子效率低。如果將納米顆粒安裝在細(xì)胞外部，則它們產(chǎn)生的所有電子都不會(huì)到達(dá)與二氧化碳還原有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)。這些電子最終引發(fā)不同的反應(yīng)，并從能量生產(chǎn)的角度浪費(fèi)掉了。

Yang和他的研究小組正在尋找一種可以放置在熱乙酸穆爾氏菌細(xì)菌內(nèi)部的不同半導(dǎo)體材料。內(nèi)部模型將減少浪費(fèi)的電子數(shù)量。

為此，他們通過將22個(gè)單獨(dú)的原子融合在一起來創(chuàng)建金納米團(tuán)簇。然后，他們在新一批的熱乙酸莫拉氏菌中注入了大量這些納米團(tuán)簇。他們很高興地報(bào)告納米團(tuán)簇不會(huì)損害細(xì)菌。