真黄金打造的人工杂种细菌
经过特殊处理的热醋穆尔氏菌（Moorella thermoacetica，M. thermoacetica）通过人工光合作用能更有效地生产太阳能燃料。
在化学学院教授Peidong Yang的领导下，M. thermoacetica作为第一个进行人工光合作用的非光敏细菌首次登场。
细菌膜表面吸附由硫化镉（CdS）制成的光吸收纳米颗粒，研究人员将M. thermoacetica转化成了微型光合作用机器，直接将阳光和空气中的二氧化碳转化为有用的化学物质。
现在，杨教授研究团队发现了一种新方法，诱使这种嗜二氧化碳细菌更高效地产能：将光吸收金纳米簇插入细菌内部，创建的人工生物杂种系统比之前研究报道的化学产品产量更高，结果发表在10月1日的《Nature Nanotechnology》。
这是首个杂种模型，被命名为M. thermoacetica-CdS。研究人员用硫化镉作为半导体，吸收可见光，但是硫化镉对细菌是有毒性的，因此纳米颗粒只能附着在细胞膜上，阳光激发硫化镉纳米粒子产生一个带电粒子（电子），这些光生电子进入细胞，与多种酶相互作用，引起一系列“二氧化碳还原”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宝贵化学物质。
这个初始模型有个问题，电子与细胞外的其他化学物质相互作用的话，就会将二氧化碳转化为乙酸，损失一部分电子与酶接触。因此，为了改善“量子效率”，即细菌每次获得电子产生醋酸盐的能力，研究人员找到了一种由22个金原子（Au22）组成的半导体纳米簇，该材料可以突破限制。
“我们选择Au22，因为它是吸收可见光的理想材料，并且具有推动二氧化碳还原过程的潜力，但我们不确定它是否与细菌相容，”杨教授说。“当我们在显微镜下观察这些细菌时，我们发现载有Au22簇的细菌仍然快乐地活着。”
这种材料被研究人员戏称为“魔法金纳米簇”，它尺寸超小，单个Au22纳米簇直径只有1nm，很容易滑进细菌细胞壁。
“我们喂细菌摄入Au22纳米簇，线性化了二氧化碳还原途径的细菌内部电子转移过程，新模型的量子效率提到了2.86%，换句话说，醋酸盐产量提高了33%，”杨教授说。
过去六年，杨教授团队一直致力于利用生物杂种纳米结构将二氧化碳转化为有用的化学物质（广义的人工光合作用），寻找廉价、丰富的可再生燃料及潜在的阻止气候恶化的解决办法。
“下一步，我们希望找到一种方法来降低成本，改善生物杂种系统寿命，进一步提高量子效率，”杨教授说。
