中國科學院微生物研究所、天津工業(yè)生物技術研究所、青島生物能源與過程研究所合作，創(chuàng)建了小型化仿生海洋電池，在生物光伏領域取得新進展。9月24日，相關研究成果以a miniaturized bionic ocean-battery mimicking the structure of marine microbial ecosystems為題，發(fā)表在《自然-通訊》(nature communications)上。
該研究受到海洋微生物生態(tài)系統(tǒng)是一個天然太陽能生物轉化系統(tǒng)的啟發(fā)，根據(jù)其由初級生產(chǎn)者、初級分解者和終端消費者組成的基本特征，設計構建了一個由初級生產(chǎn)者(藍藻)﹑初級分解者(大腸桿菌)和終端消費者(希瓦氏菌和地桿菌)構成的四菌微生物組，并證明四菌微生物組在系統(tǒng)內阻﹑最大功率密度和穩(wěn)定性等方面最優(yōu)，說明保持完整三級生態(tài)結構可實現(xiàn)高效生物光電轉化。
進一步，研究針對藍藻光合放氧與異養(yǎng)微生物厭氧產(chǎn)電之間存在的矛盾，阻斷了大腸桿菌和希瓦氏菌的好氧呼吸途徑，并開發(fā)了具有隔氧性能的導電水凝膠，將大腸桿菌、希瓦氏菌和地桿菌封裝起來，形成能夠隔氧且能進行電子傳遞的人工沉積層。研究將人工沉積層與含有藍藻的水柱層組裝在一起，制造出一體化的生物太陽能電池，可直接將光能轉化為電能，并穩(wěn)定運行1個月以上(圖1)。
該生物太陽能電池模擬了海洋電池的基本物理結構和生態(tài)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(圖2)。仿生海洋電池將生物光伏效率提高到新水平，為開發(fā)高效穩(wěn)定的生物太陽能電池提供了新路徑，并進一步展現(xiàn)了合成生態(tài)學的生物技術潛力。
研究工作得到國家自然科學基金﹑中科院戰(zhàn)略性先導科技專項(b類)培育項目、中科院重點部署項目﹑中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金﹑博士后創(chuàng)新人才支持計劃等的支持。
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