前沿科技之用轉(zhuǎn)基因病毒模仿光合作用

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在伊恩・麥克尤恩(Ian McEwan)的最新小說(shuō)《太陽(yáng)能》中,主人公邁克爾・比爾德,一個(gè)曾獲得諾貝爾獎(jiǎng)的物理學(xué)家,二十年來(lái)躺在榮譽(yù)上睡大覺(jué),現(xiàn)在專門研究“餐后演說(shuō)以及向退休或即將火葬的同僚們致的頌詞”.為重振他的事業(yè),比爾德博士偷竊了一個(gè)博士后科學(xué)家的有關(guān)人工光合作用的發(fā)明成果,并且試圖要利用它咸魚(yú)翻身.
+ V" g! \9 }( ^( A! p. ?小說(shuō)可以虛構(gòu),但科學(xué)并不是空想.光合作用,通過(guò)此過(guò)程植物把來(lái)自陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)之一,因此人們?cè)谶M(jìn)行很多努力想要復(fù) 制它.可是試驗(yàn)證明這個(gè)過(guò)程很難卓有成效地被仿效.

光合作用提供了一種潛在的能源.陽(yáng)光已能被用于人工分解水:利用太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生電解過(guò)程.然后從水中得到的氫能被儲(chǔ)存并且在沒(méi)有日照的時(shí)候, 以燃料電池的形式來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力.但是鑒于目前太陽(yáng)能電池板的產(chǎn)量以及昂貴的價(jià)格,這個(gè)過(guò)程并不具有太強(qiáng)的可操作性.
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研究人員試著模擬植物所用的過(guò)程,他們的試驗(yàn)系統(tǒng)利用光合作用的一些成分,例如葉綠素和催化劑,但結(jié)果發(fā)現(xiàn)一些原料和催化劑在實(shí)驗(yàn)室里是不穩(wěn)定并且無(wú) 效的.
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現(xiàn)在,麻省理工學(xué)院的安吉拉・貝爾徹和她的同事們通過(guò)使用一種轉(zhuǎn)基因病毒把水分解為氫和氧,已成功模擬光合作用的第一部分.研究人員取得一種叫M13 的病毒,這種病毒通常感染細(xì)菌而對(duì)人類無(wú)害,他們?cè)O(shè)計(jì)這種病毒使之聚集在涂層上,涂層是由氧化銥(研究人員用的催化劑之一)和叫做鋅卟啉的感光生物顏料組 成.

貝爾徹博士說(shuō),這種病毒所提供的是一種腳手架或框架,用于人工光合作用的成分附著在其周圍,并且彼此間保持恰當(dāng)?shù)木嚯x以引發(fā)水分解反應(yīng).由這種病毒提 供的排列大大提高了反應(yīng)的效率.另外,這種結(jié)構(gòu)也使其本身聚合在一起.但還有問(wèn)題,其中之一是病毒趨向于聚集在一起,這會(huì)妨礙它們的性能.為防止此類事件 發(fā)生,研究小組把病毒植入微凝膠基質(zhì),這保持了它們的聚光性能.
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他們最近發(fā)表在《自然納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)上的研究中,貝爾徹博士和她的同事們專注于在技術(shù)上更有挑戰(zhàn)性的目標(biāo):產(chǎn)生氧氣,但他們現(xiàn)在希望通過(guò)重組氫離子獲得氫氣來(lái) 完成這一過(guò)程.這會(huì)提供一種與植物獲取陽(yáng)光大致相同的方法,然后以氫氣的形式儲(chǔ)存能量.氫氣在燃燒或用作燃料電池供電時(shí),能量就被釋放.

研究人員同時(shí)也在尋找一種比基于銥的催化劑要便宜的催化劑,這種銥催化劑相對(duì)昂貴.貝爾徹博士推測(cè),幾年后可能會(huì)建造一臺(tái)原型機(jī)利用陽(yáng)光有效地分解水.