◎本報記者 魏依晨

微藻不僅是地球上古老而又廣泛存在的光合作用生物，同時也是地球上光合作用效率最高的生物
，其光合作用效率是陸生植物的10—50倍。

如今，對微藻光合作用能量的利用有了新途徑。近日
，南昌大學化學化工學院特聘教授熊威聯合浙江大學化學係唐睿康教授在《國家科學評論》上首次提出了“微藻—材料複合體”的概念，係統地梳理了這一複合體的構建方法及其在能源
、環境和健康領域的應用，闡釋了微藻—材料複合的化學機製。

材料與微藻結合有助於實現碳中和

當(dang)前(qian)，全(quan)球(qiu)正(zheng)麵(mian)臨(lin)著(zhe)碳(tan)減(jian)排(pai)和(he)資(zi)源(yuan)短(duan)缺(que)的(de)雙(shuang)重(zhong)壓(ya)力(li)，而(er)微(wei)藻(zao)又(you)被(bei)視(shi)為(wei)極(ji)具(ju)潛(qian)力(li)的(de)新(xin)型(xing)微(wei)生(sheng)物(wu)光(guang)合(he)平(ping)台(tai)
，具(ju)有(you)將(jiang)太(tai)陽(yang)能(neng)和(he)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)直(zhi)接(jie)轉(zhuan)化(hua)為(wei)各(ge)種(zhong)生(sheng)物(wu)基(ji)產(chan)品(pin)的(de)潛(qian)力(li)，該(gai)生(sheng)產(chan)模(mo)式(shi)被(bei)稱(cheng)為(wei)光(guang)驅(qu)固(gu)碳(tan)合(he)成(cheng)技(ji)術(shu)，可(ke)以(yi)同(tong)時(shi)起(qi)到(dao)固(gu)碳(tan)減(jian)排(pai)和(he)綠(lv)色(se)合(he)成(cheng)的(de)效(xiao)果(guo)，是(shi)有(you)望(wang)助(zhu)力(li)“雙碳”目標實現的新型生物製造技術路線。

“據估算
，微藻每年可固定二氧化碳約900億噸，以微藻為代表的海洋浮遊植物年固碳量占全球淨光合固碳的40%以上。”8月14日，熊威在接受科技日報記者采訪時說，然而受製於微藻自身的特性，微藻光合作用能量轉化尚無法實現大規模應用。

“在自然界中，生命體可以通過生物礦化為自身形成有機—無(wu)機(ji)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)，以(yi)實(shi)現(xian)功(gong)能(neng)的(de)進(jin)化(hua)並(bing)增(zeng)強(qiang)環(huan)境(jing)適(shi)應(ying)性(xing)。受(shou)到(dao)生(sheng)物(wu)礦(kuang)化(hua)現(xian)象(xiang)的(de)啟(qi)發(fa)

，科(ke)學(xue)家(jia)們(men)嚐(chang)試(shi)通(tong)過(guo)材(cai)料(liao)與(yu)微(wei)藻(zao)的(de)結(jie)合(he)

，賦(fu)予(yu)微(wei)藻(zao)新(xin)的(de)功(gong)能(neng)，以(yi)實(shi)現(xian)對(dui)微(wei)藻(zao)光(guang)合(he)作(zuo)用(yong)能(neng)量(liang)的(de)利(li)用(yong)。”上(shang)海(hai)師(shi)範(fan)大(da)學(xue)生(sheng)命(ming)科(ke)學(xue)學(xue)院(yuan)馬(ma)為(wei)民(min)教(jiao)授(shou)認(ren)為(wei)，相(xiang)比(bi)於(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)基(ji)因(yin)工(gong)程(cheng)改(gai)造(zao)

，這(zhe)種(zhong)基(ji)於(yu)材(cai)料(liao)的(de)微(wei)藻(zao)功(gong)能(neng)化(hua)改(gai)造(zao)操(cao)作(zuo)更(geng)加(jia)簡(jian)便(bian)，成(cheng)本(ben)更(geng)加(jia)低(di)廉(lian)。未(wei)來(lai)
，微(wei)藻(zao)—材料複合技術在清潔能源、環境保護和生命健康等領域的應用將有助於實現碳中和。

據了解，微藻—材料複合體的研究已經進行了十多年，其目的是在能源、環境和醫學等領域的應用中增強複合體的生物功能。微藻與材料的複合已經在二氧化碳固定、氫氣生產、生物電化學能量轉換和生物醫學治療等方麵取得了重要進展。

兩種機製讓微藻功能得到改進

“微藻光合固碳的應用受到細胞穩定性和可重複利用性的限製。”熊威說
，二氧化矽固定化藍藻是微藻—材cai料liao複fu合he體ti增zeng強qiang光guang合he能neng量liang轉zhuan換huan的de開kai創chuang性xing嚐chang試shi，為wei提ti高gao微wei藻zao光guang合he固gu碳tan能neng力li開kai辟pi了le新xin的de道dao路lu。隨sui後hou研yan究jiu團tuan隊dui又you發fa展zhan了le二er氧yang化hua矽gui單dan細xi胞bao包bao裹guo藍lan藻zao提ti高gao光guang合he作zuo用yong效xiao率lv的de策ce略lve。通tong過guo材cai料liao誘you導dao微wei藻zao聚ju集ji，還hai能neng促cu使shi微wei藻zao在zai固gu碳tan的de同tong時shi產chan生sheng氫qing氣qi。

guanghezuoyongdeguochengbansuizheshengwudianliu。raner，shengwudianzhicunzaiyulanzaoxibaohuoyelvtinei。ruguoyaoliyongbaoneishengwudian，guanghezuoyongchanshengdedianzibixuchuanguoxibaozhidaodaxibaozhimobingshuchudaowaibudianji。“基於微藻—電極複合的生物光伏係統（BPV）為生物電化學能量的高效轉換提供了一種方式。”熊威說。

“微藻—材料相互作用有兩個層麵的含義，一是材料誘導構建微藻—材料複合體，二是材料對微藻功能進行改進。”熊威解釋道，從構建微藻—材料複合體的角度來看，其化學機製是微藻通過分子間作用力、共價鍵或配位鍵與材料結合形成生物—非生物界麵，材料通過幹擾微藻與胞外環境之間的物質和能量傳遞來影響微藻的功能。除了微藻—材料複合體的結構外
，複合體結構中微藻—材料的相互作用是最關鍵的問題。

“基於以上研究，我們提出了材料改進微藻功能的兩種機製：一是微藻與材料間的電子傳遞，二是材料誘導的細胞微環境轉變。”熊威說。

據了解，目前藍藻和綠藻是用於構建微藻—材料複合體的最主要的兩個微藻種類。然而
，還有許多其他門類的微藻有待研究。除了微藻本身的特性外，合適的材料策略是影響微藻—材料複合體功能的關鍵因素。

熊威說，在微藻細胞表麵原位形成仿生材料是構建微藻—材料複合體的主要途徑，但該途徑仍存在許多有待解決的問題。“離心操作對細胞造成的損傷不可避免，細胞表麵的精細材料結構尚未實現，微藻—材料複合體的循環利用性有待改進
，微藻—材料複合體的壽命有限……這些問題都要逐一去解決。”熊威說。

熊xiong威wei認ren為wei，這zhe些xie研yan究jiu強qiang調tiao了le材cai料liao對dui微wei藻zao的de改gai造zao作zuo用yong
，凸tu顯xian了le材cai料liao在zai生sheng物wu進jin化hua中zhong的de重zhong要yao意yi義yi，為wei材cai料liao在zai生sheng物wu學xue中zhong的de應ying用yong提ti供gong了le創chuang新xin的de思si路lu。