前沿科技之用转基因病毒模仿光合作用
在伊恩・麦克尤恩(Ian McEwan)的最新小说《太阳能》中,主人公迈克尔・比尔德,一个曾获得诺贝尔奖的物理学家,二十年来躺在荣誉上睡大觉,现在专门研究“餐后演说以及向退休或即将火葬的同僚们致的颂词”.为重振他的事业,比尔德博士偷窃了一个博士后科学家的有关人工光合作用的发明成果,并且试图要利用它咸鱼翻身.小说可以虚构,但科学并不是空想.光合作用,通过此过程植物把来自阳光的能量转化为化学能,是地球上最重要的化学反应之一,因此人们在进行很多努力想要复 制它.可是试验证明这个过程很难卓有成效地被仿效.
光合作用提供了一种潜在的能源.阳光已能被用于人工分解水:利用太阳能电池板产生电解过程.然后从水中得到的氢能被储存并且在没有日照的时候, 以燃料电池的形式来产生动力.但是鉴于目前太阳能电池板的产量以及昂贵的价格,这个过程并不具有太强的可操作性.
研究人员试着模拟植物所用的过程,他们的试验系统利用光合作用的一些成分,例如叶绿素和催化剂,但结果发现一些原料和催化剂在实验室里是不稳定并且无 效的.
病毒性动力
现在,麻省理工学院的安吉拉・贝尔彻和她的同事们通过使用一种转基因病毒把水分解为氢和氧,已成功模拟光合作用的第一部分.研究人员取得一种叫M13 的病毒,这种病毒通常感染细菌而对人类无害,他们设计这种病毒使之聚集在涂层上,涂层是由氧化铱(研究人员用的催化剂之一)和叫做锌卟啉的感光生物颜料组 成.
贝尔彻博士说,这种病毒所提供的是一种脚手架或框架,用于人工光合作用的成分附着在其周围,并且彼此间保持恰当的距离以引发水分解反应.由这种病毒提 供的排列大大提高了反应的效率.另外,这种结构也使其本身聚合在一起.但还有问题,其中之一是病毒趋向于聚集在一起,这会妨碍它们的性能.为防止此类事件 发生,研究小组把病毒植入微凝胶基质,这保持了它们的聚光性能.
他们最近发表在《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)上的研究中,贝尔彻博士和她的同事们专注于在技术上更有挑战性的目标:产生氧气,但他们现在希望通过重组氢离子获得氢气来 完成这一过程.这会提供一种与植物获取阳光大致相同的方法,然后以氢气的形式储存能量.氢气在燃烧或用作燃料电池供电时,能量就被释放.
研究人员同时也在寻找一种比基于铱的催化剂要便宜的催化剂,这种铱催化剂相对昂贵.贝尔彻博士推测,几年后可能会建造一台原型机利用阳光有效地分解水.
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