“我們的人造森林就像綠色植物中的葉綠體。”楊說(shuō)，“當(dāng)陽(yáng)光被吸收，光子在硅和二氧化鈦納米線中激發(fā)產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，吸收不同頻率的太陽(yáng)光譜。光子產(chǎn)生的電子在硅中被傳遞給細(xì)菌用于還原二氧化碳，光子產(chǎn)生的空穴在二氧化鈦中將水分子分解，產(chǎn)生氧氣?！?/div>
納米線陣列森林建成后，成為一種微生物群落的棲息地，這些微生物群落能產(chǎn)生特殊的酶，選擇性地催化還原二氧化碳。在這一研究中，伯克利小組用的是一種叫做卵形鼠孢菌的厭氧菌，這種菌能很容易地直接從周?chē)h(huán)境中獲得電子，還原二氧化碳。
“鼠孢菌是非常好的二氧化碳催化劑，同時(shí)生成醋酸鹽，這是一種多功能化學(xué)中間體，可以制造多種有用的化學(xué)產(chǎn)品，”米歇爾·張說(shuō)。“使用緩沖半咸水和少量維生素，我們可以在納米線陣列中統(tǒng)一‘進(jìn)駐’鼠孢菌?！?/div>
當(dāng)鼠孢菌把二氧化碳還原成醋酸鹽（或其它生物合成中間體）后，再由轉(zhuǎn)基因大腸桿菌將其合成特殊的化學(xué)品。在他們的研究中，為了提高目標(biāo)化學(xué)品產(chǎn)量，把鼠孢菌和大腸桿菌分離開(kāi)來(lái)。將來(lái)催化與合成這兩步可以合并為一個(gè)過(guò)程。
未來(lái)商業(yè)化展望
研究人員指出，他們的人工光合作用系統(tǒng)成功的關(guān)鍵是分離目標(biāo)要求，將提高光捕獲效率和提高催化活性分開(kāi)，納米線/細(xì)菌混合技術(shù)使之成為可能。通過(guò)這種方式，伯克利小組在模擬陽(yáng)光下實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率為0.38%，持續(xù)約200小時(shí)，與自然界中的樹(shù)葉相仿。
他們用醋酸鹽制造的定向化學(xué)品產(chǎn)量也得到提高——高達(dá)26%的丁醇（一種類(lèi)似汽油的燃料）、25%的青蒿二烯（一種抗瘧藥青蒿素的前體）和52%的可再生生物降解塑料PHB。隨著該技術(shù)進(jìn)一步精煉，預(yù)計(jì)系統(tǒng)的性能還會(huì)提高。
“目前我們正在研究第二代系統(tǒng)，把從太陽(yáng)能到化學(xué)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化效率提高到3%，”楊說(shuō)，“等我們?cè)诔杀拘б嫔线_(dá)到了10%的轉(zhuǎn)化率，把這一技術(shù)推向商業(yè)化就切實(shí)可行了?！保ǔ｛惥?/div>
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