一種名為Moorella thermoacetica的細(xì)菌不會(huì)免費(fèi)使用。但加州大學(xué)伯克利分校的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它對(duì)黃金有胃口。為了換取這種特殊的療法，這種細(xì)菌揭示了通過人工光合作用生產(chǎn)太陽(yáng)能燃料的更有效途徑。

在加州大學(xué)伯克利分?；瘜W(xué)學(xué)院教授Peidong Yang領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究中，M. thermoacetica首次作為第一個(gè)進(jìn)行人工光合作用的非光敏細(xì)菌首次亮相。通過將由硫化鎘(CdS)制成的光吸收納米顆粒附著到細(xì)菌膜外部，研究人員將M.therntiacetica變成了一種微小的光合作用機(jī)器，將陽(yáng)光和二氧化碳轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物質(zhì)。

現(xiàn)在，楊和他的研究小組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)更好的辦法來吸引此CO 2 -hungry細(xì)菌應(yīng)運(yùn)而生更加富有成效。通過在細(xì)菌內(nèi)部放置吸光金納米團(tuán)簇，他們創(chuàng)造了一種生物混合系統(tǒng)，可以產(chǎn)生比先前所證明的更高產(chǎn)量的化學(xué)產(chǎn)品。

對(duì)于第一個(gè)混合模型，M。thermoacetica-CdS，研究人員選擇硫化鎘作為半導(dǎo)體吸收可見光的能力。但由于硫化鎘對(duì)細(xì)菌有毒，因此納米粒子必須“細(xì)胞外”附著在細(xì)胞膜上，或者在熱乙酸嗜熱菌 - CdS系統(tǒng)之外。陽(yáng)光激發(fā)每個(gè)硫化鎘納米顆粒，產(chǎn)生稱為電子的帶電粒子。作為這些光產(chǎn)生的電子行進(jìn)通過細(xì)菌，它們?cè)诒环Q為“CO一個(gè)過程中的多個(gè)酶相互作用2還原”，引發(fā)反應(yīng)的級(jí)聯(lián)，其最終會(huì)變成CO 2成乙酸酯，用于制造太陽(yáng)能燃料的有價(jià)值的化學(xué)。

但是胞外模型中，電子最終與沒有部分在車削CO其他化學(xué)物質(zhì)的相互作用2成乙酸酯。結(jié)果，一些電子丟失，永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)酶。因此，為了改善所謂的“量子效率”或細(xì)菌每次獲得電子時(shí)產(chǎn)生醋酸鹽的能力，研究人員發(fā)現(xiàn)了另一種半導(dǎo)體：由22個(gè)金原子(Au22)制成的納米團(tuán)簇，這是一種令人驚訝的材料M. thermoacetica閃耀。

“我們選擇Au22，因?yàn)樗欠浅＿m合吸收可見光和具有驅(qū)動(dòng)二氧化碳的潛力2還原過程，但我們不知道它是否會(huì)與細(xì)菌兼容，”楊說。“當(dāng)我們?cè)陲@微鏡下檢查它們時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)菌中充滿了這些Au22簇 - 并且仍然幸福地活著。”

在M.Berkeley的分子成像中心進(jìn)行M.thermoacea-Au22系統(tǒng)的成像。

研究人員還選擇Au22 - 被研究人員稱為“神奇”金納米團(tuán)簇 - 因其超小尺寸：?jiǎn)蝹€(gè)Au22納米團(tuán)簇的直徑僅為1納米，允許每個(gè)納米團(tuán)簇輕易穿過細(xì)菌細(xì)胞壁。

“通過用Au22納米團(tuán)簇喂養(yǎng)細(xì)菌，我們有效地簡(jiǎn)化了細(xì)菌內(nèi)部CO 2還原途徑的電子轉(zhuǎn)移過程，量子效率為2.86%，或者在M. thermoacetica-Au22中產(chǎn)生了33%以上的醋酸鹽。系統(tǒng)比CdS模型，“楊說。

神奇的金納米簇是走出陽(yáng)的實(shí)驗(yàn)室，這對(duì)于過去的六年里一直專注于利用biohybrid納米結(jié)構(gòu)將CO轉(zhuǎn)化的最新發(fā)現(xiàn)2成有用的化學(xué)物質(zhì)不斷努力尋找可再生燃料價(jià)格實(shí)惠，豐富的資源的一部分，阻止氣候變化影響的潛在解決方案。

“接下來，我們想找到一種方法來降低成本，改善這些生物混合系統(tǒng)的壽命，并提高量子效率，”楊說。“通過繼續(xù)看看如何金納米簇被光激活的基本方面，并通過CO內(nèi)繼電子轉(zhuǎn)移過程2還原途徑，我們希望能找到更好的解決方案。”