研究人員為細菌群落制造了微型“摩天大樓”，幫助它們僅利用陽光和水發(fā)電。來自劍橋大學的研究人員使用3D打印創(chuàng)建了高層“納米房屋”網(wǎng)格，喜歡陽光的細菌可以在其中快速生長。然后，研究人員能夠提取細菌的廢棄電子，這些電子是光合作用遺留下來的，可用于為小型電子設(shè)備供電。

其他研究小組已經(jīng)從光合細菌中提取能量，但劍橋的研究人員發(fā)現(xiàn)，為他們提供合適的家可以使他們提取的能量增加一個數(shù)量級以上。該方法與傳統(tǒng)的可再生生物能源發(fā)電方法相比具有競爭力，并且已經(jīng)達到了可以超越許多當前生物燃料發(fā)電方法的太陽能轉(zhuǎn)換效率。

他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然材料》雜志上，為生物能源發(fā)電開辟了新途徑，并表明“生物混合”太陽能資源可能是零碳能源組合的重要組成部分。

當前的可再生技術(shù)，例如硅基太陽能電池和生物燃料，在碳排放方面遠遠優(yōu)于化石燃料，但它們也存在局限性，例如對采礦的依賴、回收方面的挑戰(zhàn)以及對農(nóng)業(yè)和土地的依賴使用，導(dǎo)致生物多樣性喪失。

“我們的方法是朝著為未來制造更可持續(xù)的可再生能源設(shè)備邁出的一步，”領(lǐng)導(dǎo)該研究的YusufHamied化學系的JennyZhang博士說。

張和她來自生物化學系和材料科學與冶金系的同事正在努力將生物能源重新思考為可持續(xù)和可擴展的東西。

劍橋大學的研究人員使用3D打印創(chuàng)建了高聳的“摩天大樓”網(wǎng)格，喜歡陽光的細菌可以在其中快速生長。然后，研究人員能夠提取細菌的廢棄電子，這些電子是光合作用遺留下來的，可用于為小型電子設(shè)備供電。學分：加布里埃拉·博切蒂

光合細菌或藍細菌是地球上最豐富的生命。幾年來，研究人員一直試圖“重新連接”藍藻的光合作用機制，以便從中提取能量。

“從光合系統(tǒng)中實際提取多少能量方面存在瓶頸，但沒有人知道瓶頸在哪里，”張說。“大多數(shù)科學家認為瓶頸在生物方面，在細菌中，但我們發(fā)現(xiàn)一個實質(zhì)性的瓶頸實際上是在物質(zhì)方面。”

為了生長，藍藻需要大量的陽光——就像夏天的湖面一樣。為了提取它們通過光合作用產(chǎn)生的能量，細菌需要附著在電極上。

劍橋團隊用金屬氧化物納米粒子3D打印了定制電極，這些電極經(jīng)過定制，可以在藍藻進行光合作用時與它們一起工作。電極被打印成高度分支、密集的柱狀結(jié)構(gòu)，就像一座小城市。

張的團隊開發(fā)了一種打印技術(shù)，可以控制多個長度尺度，使結(jié)構(gòu)高度可定制，這可以使廣泛的領(lǐng)域受益。

“電極具有出色的光處理性能，就像一個有很多窗戶的高層公寓，”張說。“藍藻需要它們可以附著并與鄰居形成社區(qū)的東西。我們的電極可以在大量表面積和大量光線之間取得平衡-就像玻璃摩天大樓一樣。”

一旦自組裝藍藻進入他們新的“有線”家園，研究人員發(fā)現(xiàn)它們比當前其他生物能源技術(shù)(如生物燃料)更有效。與其他通過光合作用產(chǎn)生生物能的方法相比，該技術(shù)將提取的能量增加了一個數(shù)量級以上。

“我很驚訝我們能夠達到我們所做的數(shù)字-多年來一直預(yù)測類似的數(shù)字，但這是第一次通過實驗證明這些數(shù)字，”張說。“藍藻是多功能化工廠。我們的方法使我們能夠及早利用它們的能量轉(zhuǎn)換途徑，這有助于我們了解它們?nèi)绾芜M行能量轉(zhuǎn)換，以便我們可以利用它們的自然途徑來生產(chǎn)可再生燃料或化學物質(zhì)。”

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