模擬海洋微生物生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)建仿生海洋電池

生物光伏是一種綠色的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，合成微生物組正逐漸成為生物光伏新的發(fā)展形式。具有光電轉(zhuǎn)化功能的海洋微生物生態(tài)系統(tǒng)，可以視為一個(gè)由太陽(yáng)能充電的“海洋電池”。位于水柱層透光區(qū)的光合微生物，通過(guò)光合作用吸收太陽(yáng)能固定二氧化碳，把電子存儲(chǔ)到有機(jī)質(zhì)中；位于沉積層的兩類(lèi)異養(yǎng)微生物（初級(jí)分解者和終端消費(fèi)者）將有機(jī)質(zhì)逐級(jí)降解并最終完全氧化。初級(jí)分解者負(fù)責(zé)將復(fù)雜有機(jī)質(zhì)分解為簡(jiǎn)單有機(jī)化合物，終端消費(fèi)者負(fù)責(zé)將簡(jiǎn)單有機(jī)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(guò)程。

近日，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所等研究團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》上發(fā)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(fā)，通過(guò)模擬海洋微生物生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制造了一個(gè)由藍(lán)藻（初級(jí)生產(chǎn)者）﹑大腸桿菌（初級(jí)分解者）﹑希瓦氏菌和地桿菌（終端消費(fèi)者）組成的四菌生物光伏系統(tǒng)。

研究人員證明了由四菌微生物組構(gòu)成的生物光伏系統(tǒng)具有最小的系統(tǒng)內(nèi)阻﹑最高的功率密度和最穩(wěn)定的電流輸出；進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了一種導(dǎo)電水凝膠作為模擬沉積層的厭氧基質(zhì)，將大腸桿菌﹑希瓦氏菌和地桿菌三種需要厭氧環(huán)境的微生物封裝到導(dǎo)電水凝膠中，形成人工沉積層；在人工沉積層上培養(yǎng)藍(lán)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(tǒng)，可以直接將光能轉(zhuǎn)化為電能，并穩(wěn)定運(yùn)行1個(gè)月以上。該生物光伏系統(tǒng)模擬了海洋電池的基本物理結(jié)構(gòu)和生態(tài)結(jié)構(gòu)，但時(shí)空尺度顯著壓縮，可以視為一個(gè)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(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點(diǎn)和立場(chǎng)，僅供參考。

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