近日，中国科学本事大学团队研发出一种东谈主工光合细胞，借此罢了可定制化的二氧化碳升沉，能为可剪辑东谈主工光合细胞提供愈加通用的平台。

（开端：Nature Communications）

同期，这种东谈主工光合细胞不错通过与种种化复原酶的耦合，来罢了可剪辑的才智。举例，不错把甲酸脱氢酶或重构的固氮酶，差异用于高聘请性的二氧化碳升沉，从而生成甲酸或甲烷。

关于打造能稳定二氧化碳升沉种种性需求的东谈主工光合细胞来说，本次考虑开辟了一条新的道路，同期这亦然一项具有重大出息的可合手续能源措置决策。

通过愚弄这种东谈主工光合细胞本事，不错打造“东谈主工树叶”和“东谈主工树”，不仅能为东谈主类提供敷裕的可再生能源，还能罢了“东谈主工碳轮回”，灵验减缓二氧化碳排放带来的兴隆变化问题。

此外，该本事还有望用于航空范围，为空间站运行、深空探伤以致地外生涯提供能源供给和物资供给。

图 | 关系论文的共同通信作家（从左到右）：、（开端：贵府图）

二氧化碳升沉的好意思艳蓝图

家喻户晓，大当然通过光协作用开荒了东谈主类赖以生涯的物资基础。通过师法当然界的光协作用，来构建可剪辑东谈主工光合细胞的方法，则能为东谈主类描摹一幅二氧化碳升沉的好意思艳蓝图。

与当然界的光合生物比拟，东谈主工光合细胞经过合理筹画之后，不错将二氧化碳更高效地升沉为高附加值的燃料和化学品。

东谈主工光合细胞，由能量模块、生物催化模块和辅因子三部分构成。关于模拟自然光合生物组织的形态和特征来说，东谈主工光合细胞是其中的要道，莫得它就无法构建关系的器件。

关于典型的光协作用经由来说，这还是由始于能量模块的光拿获，以便为能量丰富的辅因子提供电子，辅因子则会为生物催化模块提供能源。

不同的二氧化碳升沉酶比如甲酸脱氢酶，此前已经在光酶系统中被用于催化二氧化碳升沉。而东谈主工光合细胞内的生物催化模块也等于复原酶，是将二氧化碳升沉为碳基产物的要道。

为了发扬生物催化二氧化碳升沉的才智，不同的二氧化碳升沉酶需要不同的富含能量的辅因子。

比如复原性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH，Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate）、复原性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH，Nicotinamide adenine dinucleotide）和三磷酸腺苷（ATP，Adenosine triphosphate）等。

通过将不同的复原酶装载到东谈主工光合细胞中，不错罢了二氧化碳升沉居品的定制。值得闪耀的是，当辅因子为生物催化复原酶提供能源的时期，辅因子会被氧化以至于失去长久职责的活性。

为此，在东谈主工光合细胞中必须进行多种辅因子的再生。关联词，开荒一种能罢了多种辅因子高效再生的光酶平台，仍然是一个重大的挑战。

关于辅因子的再生来说，它主要被能量休养模块所限制。此前，学界已经开荒出包含非生物和生物这两类能量模块。其中，非生物能量模块的旨趣在于，愚弄东谈主造材料比如半导体来拿获光能。

然则，由于合成材料的生物相容性欠安，非生物吸光能量模块和生物辅因子之间的电子传递会受到严重阻扰，这频频会导致生物活性辅因子和酶的失活。

因此，关于依赖 NADH 的反映来说，尽管非生物能量模块不错提供能源，然则短少再生多种缓助因子的才智。

生物能量模块举例类囊体（Tk，Thylakoid），由于其优异的踏实性、较低的提真金不怕火本钱、以及光照下再生 NADPH 和 ATP 的优异才智，为多种缓助因子的再生提供了可能。

诚然基于类囊体的生物能量模块浮现出重大的后劲，但它们多数存在光愚弄率低的问题，这不仅限制了所有光协作用经由的扫尾，也为增多光电子的供给建议了挑战。

另外，尽管愚弄外部电子传递卵白不错提高扫尾，但随之而来的是更高的本钱，而况再生 NADH 的扫尾仍然很低。

（开端：Nature Communications）

将类囊体与无机半导体聚首

连年来，在“双碳”方针的布景之下，通过东谈主工光合成的方法，将二氧化碳以高效的模式，升沉为高附加值的燃料和化学品，是好多科研团队的奋发方针。

两年前，中国科学本事大学和团队确立了化学—生物交叉催化考虑小组，接力于于愚弄化学和生物的各自上风，罢了高效的东谈主工光合成和产物的定制化。

要想以定制的模式罢了二氧化碳到碳基产物的升沉，其中的要道在于二氧化碳升沉酶。不同的二氧化碳升沉酶，需要不同的富含能量的辅因子。

因此，要想构建可编程的东谈主工光合细胞，就得开荒一种能罢了多种辅因子高效再生的平台。

各人王人知谈，当然界的绿色植物不错领受光能，通过光电子的传递罢了辅因子的供给。绿色植物的光合中心类囊体，恰是一个自然的光升沉构件。

而该团队发现从类囊体光电子、到辅因子 NAD（P）H 和 ATP 的传递扫尾是一个定值。而光的愚弄率、也等于光电子的供给，会给上述经由带来限制。

课题组由此运转想考：提高类囊体体系的光电子供给，是否有助于扫尾的擢升？

这时，他们预见既然愚弄无机半导体材料，能够产生光生电子从而提高扫尾。那么，能否将半导体的光生电子传递给类囊体，进而擢升辅因子再生的扫尾？

一朝这种可能性被阐明，将有望罢了可剪辑的东谈主工光合细胞。通过调研文件和小组征询，他们觉得将当然界中的类囊体与无机半导体聚首大要是个好方针。

（开端：Nature Communications）

于是，他们运转制备生物活性的类囊体。时间尝试了好屡次，然则扫尾王人不尽如东谈主意，只可一遍一随处改造试验经由。

而且试验条目也格外之高，过滤纯化的时期力谈不可太大，梯度离心加样的时期必须限制好速率，样品要严格控温等等，最终他们奏效制备了生物活性的类囊体。

据论文第一作家岑岭博士回忆，制备类囊体的材料开端于崭新的菠菜，从菜市蚁集买总结菠菜处理干净后，要进行“榨汁”操作以便得回类囊体。

一运转各人关于若何“榨汁”有着不同的看法，由于手法不熟习导致崇敬操作的同学的试验服、操作台和移液器等地点王人是绿绿的汁液，试验室也飘着浅浅的菠菜味。

“一弄等于泰半天，不奏效就得再弄，结合一个月王人是闻这个滋味，中午去食堂吃饭，菠菜是不想吃的。”岑岭暗意。

得回类囊体之后，他们运转寻找能和它进行聚首的材料。量子点（QDs，quantum dot）四肢一类不错拿获可见光的材料，不仅具备结构可调的优点，而且具有细密的光领受才智和电子能带结构。

同期，量子点具备更负的导带电位，能够促进光生电子向类囊体转换。因此，课题组将元气心灵要点放在揭示类囊体与量子点的聚首，看能否通过显赫增多光生电子的供应，罢了多个辅因子的高效再生。

一朝这种可能性被阐明，将有望通过微流控本事罢了可剪辑的东谈主工光合细胞。为此，他们筹画了一种集成生物类囊体和无机 CdTe 量子点的杂化能量模块（Tk-CdTe），通过将类囊体与 CdTe 量子点合理地聚首，奏效构建出一种东谈主工光合细胞。

这种筹画能够促进质子耦合电子转换，在不需要外部物资补充的情况下，不错显赫增强 NADPH、NADH 和 ATP 辅因子的再生才智。

类囊体与无机材料复合看似是一个陋劣的经由，却很检会试验的雅致进度，需要一遍随处摸索，直至找到安妥的半导体材料并优化其比例，还需要玄虚辩论电子传递性能、以及复合体的踏实性等。

当深信类囊体与量子点最优的组合后，二氧化碳的升沉则需要生物酶的参与。自后，他们通过筹画、抒发、分离纯化等措施，制备出了安妥的二氧化碳升沉酶，

终末，通过微流控本事将二氧化碳升沉酶和类囊体-半导体体系，封装于材料内构筑东谈主工光合细胞，借此罢了了可定制化的二氧化碳升沉。

至此，历经两年多的打磨之后，课题组终于建议了筹画可编程东谈主工光合细胞的看法。

日前，关系论文以《具有生物-非生物混杂能量模块的东谈主工光合细胞，用于定制二氧化碳升沉》（）为题发在 Nature Communications[1]。

岑岭和刘光宇是共同第一作家，中国科学本事大学副教悔和教悔担任共同通信作家。

图 | 关系论文（开端：Nature Communications）

将来，他们将筹画愈加智能的东谈主工光合细胞，基于东谈主工光合细胞进行器件的集成开荒，死力罢了更多高值碳基居品的定制化合成。

参考贵府：

1.Gao, F., Liu, G., Chen, A.et al. Artificial photosynthetic cells with biotic–abiotic hybrid energy modules for customized CO2 conversion. Nat Commun 14, 6783 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-42591-x

运营/排版：何晨龙

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