Бактериям «заплатили» золотом за производство солнечного топлива

Москва, 10:46, 10 Окт 2018, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Исследователи из Калифорнийского университета Беркли заставили бактерию Moorella thermoacetica эффективнее производить солнечное топливо с помощью искусственного фотосинтеза, накормив ее золотом.

Бактерия дебютировала как первый не светочувствительный вид, способный к искусственному фотосинтезу, в исследовании, возглавляемом профессором Пейдонгом Янгом, сообщает eurekalert.org. Снаружи на мембрану M. thermoacetica ученые прикрепили светопоглощающие наночастицы из сульфида кадмия (CdS). Так они превратили бактерии в эффективные фотосинтетические машины, превращающие солнечные лучи и углекислый газ в полезные химикаты.

Теперь команда Янга нашла способ повысить производительность M. Thermoacetica. Они поместили внутрь бактерий светочувствительные золотые нанокластеры, создав биогибридные системы, дающие больший выход продукта, чем ранее показанные. Выводы исследования представлены в Nature Nanotechnology.

Ученые использовали CdS из-за способности поглощать видимый свет. Но сульфид токсичен для бактерии, так что его приходилось крепить снаружи. Под действием солнца, он генерировал заряженные частицы. Проходя через бактерию и взаимодействуя со множеством ферментов, они вызывал каскад реакций, превращающих CO₂ в ацетат – важный компонент для солнечного топлива. Но часть электронов терялась, снижая эффективность системы. Исследователи решили эту проблему, заменив CdS нанокластерами из 22 атомов золота (Au22), неожиданно хорошо взаимодействовавшими с бактерией.

Выбор в пользу данной структуры был сделан и из-за небольших размеров. Диаметр одного нанокластера Au22 – всего 1 нм. За счет этого структура легко проходит через клеточные стенки.

«Накормив бактерию Au22, мы улучшили процесс передачи электронов при восстановлении CO₂. квантовая эффективность достигла 2,86% — в системе M. thermoacetica-Au22 производилось на 33% больше ацетата, чем в версии с сульфидом кадмия», — сказал Янг.

На следующих этапах исследователи хотят найти способ уменьшить стоимость структуры, продлить ее срок службы и повысить производительность.