Исследователи представляют свою работу сегодня на 254-м Национальном собрании. Экспозиция Американского химического общества (ACS).«Вместо того, чтобы полагаться на неэффективный хлорофилл для сбора солнечного света, я научил бактерии расти и покрывать свои тела крошечными полупроводниковыми нанокристаллами», — говорит Келси К. Сакимото, доктор философии, проводившая исследование в лаборатории Пейдонга. Ян, доктор философии «Эти нанокристаллы намного более эффективны, чем хлорофилл, и их можно вырастить за небольшую часть стоимости произведенных солнечных панелей».
Люди все чаще ищут альтернативы ископаемому топливу в качестве источников энергии и сырья для химического производства. Многие ученые работали над созданием искусственных фотосинтетических систем для производства возобновляемой энергии и простых органических химикатов с использованием солнечного света. Был достигнут прогресс, но системы недостаточно эффективны для коммерческого производства топлива и сырья.
Исследования в лаборатории Янга в Калифорнийском университете в Беркли, где Сакимото получил докторскую степень, сосредоточены на использовании неорганических полупроводников, которые могут улавливать солнечный свет для таких организмов, как бактерии, которые затем могут использовать энергию для производства полезных химикатов из углекислого газа и воды. . «Суть исследований в моей лаборатории состоит в том, чтобы по существу« перезарядить »нефотосинтезирующие бактерии, предоставив им энергию в виде электронов от неорганических полупроводников, таких как сульфид кадмия, которые являются эффективными поглотителями света», — говорит Ян. «Сейчас мы ищем более мягкие поглотители света, чем сульфид кадмия, чтобы обеспечивать бактерии энергией от света».Сакимото работал с природной нефотосинтезирующей бактерией Moorella thermoacetica, которая в процессе нормального дыхания вырабатывает уксусную кислоту из углекислого газа (CO2). Уксусная кислота — это универсальное химическое вещество, которое можно легко превратить в ряд видов топлива, полимеров, фармацевтических препаратов и товарных химикатов с помощью дополнительных генетически модифицированных бактерий.Когда Сакимото скармливал бактериям кадмий и аминокислоту цистеин, которая содержит атом серы, они синтезировали наночастицы сульфида кадмия (CdS), которые функционируют как солнечные панели на их поверхности.
Гибридный организм M. thermoacetica-CdS продуцирует уксусную кислоту из CO2, воды и света. «Покрытые этими крошечными солнечными панелями, бактерии могут синтезировать пищу, топливо и пластмассы, используя солнечную энергию», — говорит Сакимото. «Эти бактерии превосходят естественный фотосинтез».Бактерии работают с эффективностью более 80 процентов, и этот процесс самовоспроизводится и самовосстанавливается, что делает эту технологию безотходной. «Синтетическая биология и возможность расширить спектр продуктов по сокращению выбросов CO2 будут иметь решающее значение для создания этой технологии в качестве замены или одной из многих замен для нефтехимической промышленности», — говорит Сакимото.Итак, есть ли у неорганико-биологических гибридов коммерческий потенциал? "Я очень на это надеюсь!" он говорит. «Многие современные системы искусственного фотосинтеза требуют твердых электродов, что требует огромных затрат. Наше биотопливо из водорослей гораздо более привлекательно, поскольку весь аппарат для преобразования CO2 в химикат автономен и требует только большого чана на солнце».
Но он отмечает, что система все еще требует некоторой настройки, чтобы настроить как полупроводник, так и бактерии. Он также предполагает, что у созданных им гибридных бактерий может быть какой-то природный аналог. «В будущем направление, если это явление существует в природе, будет заключаться в биоразведке этих организмов и их использовании», — говорит он.
Видео об исследовании доступно по адресу https://www.youtube.com/watch?v=opl5CnDA_2cfeature=youtu.be.