模擬海洋微生物生態系統創建仿生海洋電池

　　生物光伏是一種綠色的太陽能發電技術，合成微生物組正逐漸成為生物光伏新的發展形式。具有光電轉化功能的海洋微生物生態系統，可以視為一個由太陽能充電的“海洋電池”。位于水柱層透光區的光合微生物，通過光合作用吸收太陽能固定二氧化碳，把電子存儲到有機質中；位于沉積層的兩類異養微生物（初級分解者和終端消費者）將有機質逐級降解并最終完全氧化。初級分解者負責將復雜有機質分解為簡單有機化合物，終端消費者負責將簡單有機化合物完全氧化，釋放出電子用于氮﹑鐵﹑錳﹑硫等元素的生物還原過程。

　　近日，中國科學院微生物研究所等研究團隊在《Nature Communications》上發表題為“A miniaturized bionic ocean-battery mimicking the structure of marine microbial ecosystems”的研究論文。該研究受海洋電池啟發，通過模擬海洋微生物生態系統的基本結構，設計制造了一個由藍藻（初級生產者）﹑大腸桿菌（初級分解者）﹑希瓦氏菌和地桿菌（終端消費者）組成的四菌生物光伏系統。

　　研究人員證明了由四菌微生物組構成的生物光伏系統具有最小的系統內阻﹑最高的功率密度和最穩定的電流輸出；進一步開發了一種導電水凝膠作為模擬沉積層的厭氧基質，將大腸桿菌﹑希瓦氏菌和地桿菌三種需要厭氧環境的微生物封裝到導電水凝膠中，形成人工沉積層；在人工沉積層上培養藍藻，形成人工水柱層；將人工沉積層與人工水柱層組裝在一起，最終制造出一體化生物光伏系統，可以直接將光能轉化為電能，并穩定運行1個月以上。該生物光伏系統模擬了海洋電池的基本物理結構和生態結構，但時空尺度顯著壓縮，可以視為一個小型化的仿生海洋電池，將生物光伏效率提高到新的水平。

　　原文鏈接：

　　https://www.nature.com/articles/s41467-022-33358-x

　　注：此研究成果摘自《Nature Communications》，文章內容不代表本網站觀點和立場，僅供參考。