河北家具封边胶厂 光能利用率从0.05飙升! 科学让微生物‘吃光’产航空燃料

根秸秆、桶糖蜜废水，加上阳光，就能生产出工业化学品、生物塑料乃至航空燃料。这听起来像科幻，却是科学正在实现的事情。

3月10日，科学院圳技术研究院研究员翔团队联南京大学、上海交通大学的研究人员，在顶期刊《自然·可持续发展》上发表了项重要成果。他们成功构建出种人工光工程细胞，让原本对阳光"感"的工业微生物，次真正学会了"用光造物"。

条低的老路，和个诱人的新向

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自然界中，植物和藻类依靠光作用将阳光转化为化学能，但这套系统的光能利用率通常不到1。而工业上常用的大肠杆菌、酵母等微生物根本不具备光能力，只能"坐等"光生物成糖类，再以糖为原料发酵生产化学品。

这样条"太阳能→光生物→糖→微生物→产品"的迂回路径，每走步都在损耗能量。整体光能利用率通常低于0.05，大量本可转化为产品价值的能量，就这样被路消耗殆尽。

如果能跳过中间的光生物环节，让工业微生物直接调用太阳能，能源率将有望实现质的飞跃。这正是翔团队此次研究的核心出发点。

把"捕光天线"送进细胞内部

要让工业微生物直接用光河北家具封边胶厂，关键是给它们安装套能够捕获光子并将其转化为电子的装置。研究团队选择了半体纳米材料来充当这个角。

他们设计了维、维、二维等多种形态的半体纳米材料，系统优化其光吸收能，从源头提升光能转化率。关键的创新在于，他们将二维半体材料直接送入微生物细胞内部，在细胞内装上了"人工捕光天线"。

翔指论文作者郭明明分析数据。圳院供图

这"入胞式"设计的价值，在于它从根本上缩短了电子的传输距离。此前，大多数类似研究中，半体材料都附着在细胞表面，光生电子需要穿越细胞膜才能参与胞内的代谢反应，这个跨膜传递的过程会造成显著的能量损耗。而将材料直接置入细胞内部，光生电子可以就近参与代谢，泡沫板橡塑板专用胶实现真正意义上的"内部驱动"。

找到连接机光子与生命代谢的桥梁

让机半体产生的电子与细胞内有机代谢反应有对接，是这项研究需要攻克的另个核心难题。

研究团队通过代谢组学与转录组学分析，发现了个关键线索：在光照条件下，焦磷酸硫胺素（TPP）相关代谢途径显著上调。进步实验证实，TPP在光生电子向生物能量分子转化过程中扮演着至关重要的"桥梁"角，它能促进细胞内NAD(P)H与ATP这两种核心能量分子的再生，从而将机光电子与细胞的生命代谢系统耦。

这意味着，研究团队不仅解决了"怎么捕光"的问题，还弄清楚了"光生电子如何变成细胞能用的能量"这机制，为整套系统的可靠运行提供了科学依据。

从废料造出航空燃料：初步验证规模化潜力

这套人工光工程细胞在实验中展现出了可观的产品多样。研究团队利用它成功成了2,3-丁二醇（BDO）、生物塑料PHB和航空燃料前体α-法呢烯等多种附加值产品，原料则是海藻提取物甘露醇、农业秸秆水解液等廉价废弃物。

值得关注的是规模化验证结果。在5升发酵罐中，以工业糖蜜废水为主要原料，BDO的产量达到30.71克/升。这数据虽然距离真正的工业化生产仍有差距，但在实验室阶段已足以证明该体系具备规模放大的技术潜力。

翔在论文中表示，相比传统依赖糖类原料发酵的生物制造法，这种新型人工光工程细胞能够显著减少温室气体排放、降低生产成本，表现出良好的环境可持续和产业化潜力。

前路仍长，但向已然清晰

当然，这项研究距离真正的大规模工业应用还有相当长的路要走。半体纳米材料进入活细胞后的长期稳定、材料本身的生物安全、体系在大发酵规模下的表现，都是需要持续攻克的工程难题。

但从宏观的视角来看，这项研究的意义已经越了单的技术突破。它提供了种将可再生太阳能与生物制造度融的新范式，为那些不依赖粮食作物的"废碳升"路线开了扇窗。

研究团队表示，下步将进步拓展CO₂、废塑料及工业废水等非粮碳源的值化利用路径。如果这向能够持续进，未来的化工厂也许真的可以只靠阳光和废料运转。

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