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)，可以視為一個由太陽能充電的“海洋電池”。位于水柱層透光區(qū)的光合微生物，通過光合作用吸收太陽能固定二氧化碳，把電子存儲到有機質(zhì)中；位于沉積層的兩類異養(yǎng)微生物（初級分解者和終端消費者）將有機質(zhì)逐級降解并最終完全氧化。初級分解者負責將復雜有機質(zhì)分解為簡單有機化合物，終端消費者負責將簡單有機化合物完全氧化，釋放出電子用于氮﹑鐵﹑錳﹑硫等元素的生物還原過程。

近日，中國科學院微生物研究所等研究團隊在《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)，通過模擬海洋微生物生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，設(shè)計制造了一個由藍藻（初級生產(chǎn)者）﹑大腸桿菌（初級分解者）﹑希瓦氏菌和地桿菌（終端消費者）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；進一步開發(fā)了一種導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電水凝膠中，形成人工沉積層；在人工沉積層上培養(yǎng)藍藻，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)定運行1個月以上。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)，但時空尺度顯著壓縮，可以視為一個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)站觀點和立場，僅供參考。

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