前沿科技之用轉基因病毒模仿光合作用

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在伊恩・麥克尤恩(Ian McEwan)的最新小說《太陽能》中,主人公邁克爾・比爾德,一個曾獲得諾貝爾獎的物理學家,二十年來躺在榮譽上睡大覺,現在專門研究“餐后演說以及向退休或即將火葬的同僚們致的頌詞”.為重振他的事業,比爾德博士偷竊了一個博士后科學家的有關人工光合作用的發明成果,并且試圖要利用它咸魚翻身.
$ ~1 J$ c( m6 g6 r小說可以虛構,但科學并不是空想.光合作用,通過此過程植物把來自陽光的能量轉化為化學能,是地球上最重要的化學反應之一,因此人們在進行很多努力想要復 制它.可是試驗證明這個過程很難卓有成效地被仿效.
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" t- l0 d. W' l4 W5 A5 k7 o光合作用提供了一種潛在的能源.陽光已能被用于人工分解水:利用太陽能電池板產生電解過程.然后從水中得到的氫能被儲存并且在沒有日照的時候, 以燃料電池的形式來產生動力.但是鑒于目前太陽能電池板的產量以及昂貴的價格,這個過程并不具有太強的可操作性.

5 t) Z6 `$ M) r3 K" o: A6 V研究人員試著模擬植物所用的過程,他們的試驗系統利用光合作用的一些成分,例如葉綠素和催化劑,但結果發現一些原料和催化劑在實驗室里是不穩定并且無 效的.

% p- n, n* f. V; _" i5 k病毒性動力

現在,麻省理工學院的安吉拉・貝爾徹和她的同事們通過使用一種轉基因病毒把水分解為氫和氧,已成功模擬光合作用的第一部分.研究人員取得一種叫M13 的病毒,這種病毒通常感染細菌而對人類無害,他們設計這種病毒使之聚集在涂層上,涂層是由氧化銥(研究人員用的催化劑之一)和叫做鋅卟啉的感光生物顏料組 成.

5 q7 K( K) a$ d: y9 s$ m3 |9 |貝爾徹博士說,這種病毒所提供的是一種腳手架或框架,用于人工光合作用的成分附著在其周圍,并且彼此間保持恰當的距離以引發水分解反應.由這種病毒提 供的排列大大提高了反應的效率.另外,這種結構也使其本身聚合在一起.但還有問題,其中之一是病毒趨向于聚集在一起,這會妨礙它們的性能.為防止此類事件 發生,研究小組把病毒植入微凝膠基質,這保持了它們的聚光性能.

! J4 O* I+ S9 s5 D# w5 m他們最近發表在《自然納米技術》(Nature Nanotechnology)上的研究中,貝爾徹博士和她的同事們專注于在技術上更有挑戰性的目標:產生氧氣,但他們現在希望通過重組氫離子獲得氫氣來 完成這一過程.這會提供一種與植物獲取陽光大致相同的方法,然后以氫氣的形式儲存能量.氫氣在燃燒或用作燃料電池供電時,能量就被釋放.

- O9 l, z, I& ^4 t0 J' _研究人員同時也在尋找一種比基于銥的催化劑要便宜的催化劑,這種銥催化劑相對昂貴.貝爾徹博士推測,幾年后可能會建造一臺原型機利用陽光有效地分解水.