在细菌中植入纳米金？效果很奇特学术资讯

▲一个由22个金原子组成的纳米团——Au22——直径只有1纳米，可以轻易地穿过细菌细胞壁。

近期，美国加州大学伯克利分校的研究人员发现，一种名为热醋穆尔氏菌的细菌对黄金“情有独钟”。作为对黄金的回报，这种细菌揭示了一种更有效的通过人工光合作用生产太阳能燃料的途径。

2016年，在加州大学伯克利分校化学学院教授杨培东（音译，下同）领导的一项研究中，可进行人工光合作用的非光敏细菌M. thermoacetica首次亮相。研究人员通过将硫化镉(CdS)制成的吸光纳米颗粒附着在细菌的膜外，将热醋穆尔氏菌变成了一个小型的光合作用机器，它能将阳光和二氧化碳转化为有用的化学物质。

现在，杨培东和他的研究小组已经找到了一种更好的方法来使这种消耗二氧化碳的细菌变得更加多产。他们通过在细菌中放置吸收光线的金纳米团簇，创造了一种能够产生更高产量化学产品的生物杂交系统。这项研究由美国国立卫生研究院资助，研究成果于10月1日发表在《自然•纳米技术》杂志上。

在第一代成果（M. thermoacetica-CdS）中，研究人员选择硫化镉作为半导体，因为它能吸收可见光。但是，由于硫化镉对细菌有毒，纳米颗粒必须附着在细胞膜的外表面或M. thermoacetica-CdS系统之外。阳光激发硫化镉纳米粒子产生电子，这些电子穿过细菌时会与多种酶相互作用（这个过程被称为“二氧化碳还原”），然后引发一连串的反应，最终将二氧化碳转化为醋酸盐（一种制造太阳能燃料的化学原料）。

但在细胞外模型中，电子最终会与其他化学物质相互作用，而这些化学物质并不能将二氧化碳转化为醋酸盐。结果导致一些电子无法与酶接触。因此，为了提高“量子效率”，即细菌每获得一个电子产生乙酸盐的能力，研究人员发现了另一种半导体：由22个金原子构成的纳米团簇（Au22），令人惊讶的是热醋穆尔氏菌对这种材料充满“兴趣”。

杨教授说：“我们选择Au22是因为它非常适合吸收可见光，并且有可能推动二氧化碳的减少，但我们不确定它是否能与细菌兼容。当我们在显微镜下观察它们的时候，我们发现这些细菌携带着这些Au22，并且仍然快乐地活着。”

研究人员将Au22称为“神奇的”金纳米团簇，因为它尺寸极小：单个Au22纳米团簇直径只有1纳米，因此每个纳米团簇能很容易通过细菌细胞壁。杨教授说：“利用Au22，我们有效地简化了细菌内部二氧化碳还原的电子传递过程，证明了在M. thermoacetica-Au22系统中产生醋酸盐的量子效率比CdS系统高出了2.86%。”

金纳米团簇是杨教授实验室的最新研究成果，6年来，杨培东实验室一直处于人工光合作用技术的最前沿，致力于开发用太阳能进行化学合成的全部潜力。“接下来，我们希望找到一种方法来降低成本，提高这些生物混合系统的寿命，并提高量子效率。”杨教授说道。

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编译：Coke

审稿：阿淼

责编：张梦

期刊来源：《自然•纳米技术》

期刊编号：1748-3387

原文链接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/10/181009140014.htm