Команда исследователей из Калифорнийского университета, Беркли, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и энергии Kavli Институт NanoSciences, создала гибридную систему полупроводниковых нанопроводов и бактерий, который подражает естественному фотосинтетическому процессу.У искусственной системы фотосинтеза есть четыре общих компонента: (i) получающий солнечную энергию; (ii) эквиваленты сокращения создания; (iii) уменьшающий углекислый газ к биосинтетическим промежуточным звеньям, и (iv) производящие химикаты с добавленной стоимостью.
“Мы полагаем, что наша система – революционер, прыгают вперед в области искусственного фотосинтеза. У нашей системы есть потенциал, чтобы существенно изменить химическую и нефтедобывающую промышленность, в которой мы можем произвести химикаты и топливо полностью возобновляемым способом, вместо того, чтобы извлечь их из глубоко ниже земли”, сказал доктор Пейдонг Янг из Калифорнийского университета, Беркли, кого co-led исследование издало в журнале Nano Letters.В естественном фотосинтезе углекислый газ сначала уменьшен до общих биохимических стандартных блоков, используя солнечную энергию, которые впоследствии используются для синтеза сложной смеси молекулярных продуктов та биомасса формы.Искусственная фотосинтетическая схема, разработанная доктором Янгом и его коллегами, функционирует через подобный двухступенчатый процесс, развивая биологически совместимое захватывающее свет множество нанопровода, которое позволяет прямое взаимодействие с микробными системами.
“В естественном фотосинтезе листья получают солнечную энергию, и углекислый газ уменьшен и объединен с водой для синтеза молекулярных продуктов та биомасса формы. В нашей системе нанопроводы получают солнечную энергию и поставляют электроны бактериям, где углекислый газ уменьшен и объединен с водой для синтеза множества целенаправленных, химических продуктов с добавленной стоимостью”, объяснил соавтор доктор Кристофер Чанг из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета, Беркли.Объединяя биологически совместимые захватывающие свет множества нанопровода с избранным бактериальным населением, новая система предлагает взаимовыгодную ситуацию для окружающей среды: зеленая химия на солнечной энергии, используя изолировала углекислый газ.“Наша система представляет появляющийся союз между областями материаловедения и биологии, где возможности сделать новые функциональные устройства могут компоненты смешивания и подгонки каждой дисциплины”, сказала соавтор доктор Мишель Чанг, также Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета, Беркли.
Система начинается с ‘искусственного леса’ гетероструктур нанопровода, состоя из нанопроводов окиси кремния и титана. Как только лес установлен, он населен с населением Sporomusa ovata (анаэробная бактерия, которая с готовностью принимает электроны непосредственно от окружающей окружающей среды и использует их, чтобы уменьшить углекислый газ), которые производят ферменты, которые, как известно, выборочно катализировали сокращение углекислого газа.Как только углекислый газ был уменьшен S. ovata к ацетату или некоторому другому промежуточному звену, генетически спроектированные бактерии кишечной палочки используются, чтобы синтезировать предназначенные химические продукты.Ключ к успеху системы – разделение требовательных требований для эффективности легкого захвата и каталитической деятельности, которая сделана возможной гибридной технологией нанопровода/бактерий.
С этим подходом ученые достигли конверсионной эффективности солнечной энергии до 0,38 процентов в течение приблизительно 200 часов под моделируемым солнечным светом, который является о том же самом как тот из листа.Урожаи целевых химических молекул, произведенных из ацетата, также воодушевляли – целых 26 процентов для бутанола, топлива, сопоставимого с бензином, 25 процентов для amorphadiene, предшественника противомалярийного артемизинина препарата, и 52 процента для возобновляемого и биоразлагаемого пластмассового PHB.Команда в настоящее время работает над системой второго поколения, у которой есть солнечная-к-химическому конверсионная эффективность трехпроцентных.
“Как только мы можем достигнуть конверсионной эффективности 10 процентов в наименьшей затрате, технология должна быть коммерчески жизнеспособной”, сказал доктор Янг.