財聯社（上海，編輯 黃君芝）訊，科學家們長期以來一直在研究光合細菌將陽光、二氧化碳和水轉化爲能量的能力。近日，一個團隊在這一領域取得了新的進展。通過給其提供微小的“納米住房”網格創造了最佳環境，不僅促進了這些細菌的快速生長而且還將它們的能量收集潛力提升到了新的高度。

光合細菌也被稱爲藍藻細菌，也許更熟悉的是藍綠藻，它們可以在所有類型的水中找到，在那裏它們利用陽光來製造自己的食物。它們對這項任務的自然熟練程度激發了許多有發展前景的可再生能源研究途徑，從發電的仿生蘑菇到吸收二氧化碳的藻類燃料生物反應器，再到爲商業人工光合作用系統提供藍圖的獨立解決方案。

藍藻在湖泊表面等環境中茁壯成長，因爲它們需要大量的陽光才能生長。而另一方面，爲了收集它們通過光合作用產生的能量，細菌需要連接到電極上。劍橋大學的科學家們希望通過製作同時促進細菌生長的電極，嘗試“一箭雙鵰”的可能性，並取得了突破性的進展。

“從光合系統中究竟能提取多少能量一直存在瓶頸，但沒有人知道瓶頸在哪裏，”該研究的負責人Jenny Zhang博士表示，“大多數科學家認爲，瓶頸是在生物方面，在細菌中，但我們發現，一個實質性的瓶頸實際上是在材料方面。”

該團隊使用3D打印技術生產由金屬氧化物納米顆粒製成的電極，這些納米顆粒被排列成密集的支柱組，就像一個小城市。這座城市則是藍藻細菌的棲息地，藍藻以極高的效率產生電力，以至於該系統將可從藍藻中提取的能量增加了一個數量級以上。研究成果已於近期發表在了《自然材料》雜誌上。

Zhang說：“我很驚訝我們能達到我們所做的數字——類似的數字已經被預測了很多年，但這是第一次在實驗中顯示這些數字。藍藻細菌是多功能的化學工廠。我們的方法使我們能在早期挖掘它們的能量轉換途徑，這有助於我們瞭解它們是如何進行能量轉換的，因此我們可以利用它們的自然途徑進行可再生燃料或化學品生產。”

這種方法的另一個優勢是，打印技術可以用於生產不同高度和規模的結構，這意味着“小城市”可以被定製，以適應各種應用。因此，這項研究不僅展示了這種形式的光合作用如何更好地捕獲能量，還爲電極設計開闢了新的可能性。

“電極具有極好的光處理性能，就像一個有很多窗戶的高層公寓，”Zhang補充說，“藍藻需要一些它們可以附着的東西，並與它們的鄰居形成一個社區。我們的電極能夠在大量的表面積和大量的光線之間實現平衡，就像玻璃摩天大樓一樣。”