生物矿化让绿藻细胞实现高效持续光合产氢

当今世界开发新能源迫在眉睫，氢能是公认的绿色环保能源，作为零碳能源脱颖而出。但目前氢气的主要来源还是依赖于石化产业及石油原料，因此世界各国正在研究如何利用太阳能来分解水实现大量和廉价的产氢，这对于二次能源的开发蕴育着广阔的前景。

最近，浙江大学求是高等研究院徐旭荣副教授课题组联合浙江大学生物物质与信息调控研究中心及上海师范大学藻类光合作用与生物能源转化实验室通过跨学科协作在生物光合产氢领域取得重要突破。他们通过生物矿化手段改变了绿藻细胞的氢酶（光合产氢的重要催化介质）活性从而使其能在自然条件下实现高效持续光合产氢。

虽然绿藻细胞拥有氢酶，但在有氧条件下氢酶都会迅速失去活性，因此在正常状态下绿藻的光合作用在放氧的同时并不能通过氢酶产生氢气。通过仿生硅矿化，他们成功制备了一种新型的“绿藻—二氧化硅”自组装复合体并实现了细胞的空间功能分化（spatial–functional differentiation）。在复合体表层（壳）的细胞进行正常的光合作用产生氧气但同时隔绝内部细胞和外界的接触；在复合体内部（核），通过光合产氧和呼吸作用的平衡制造出一个既能维持绿藻细胞光合活性但同时能够激活氢酶的无氧条件，通过激活氢酶活性从而实现了光合产氢，其产氢效率等同于正常的光合作用。进一步通过对复合体“核—壳”结构的调整也可以通过绿藻实现对水的直接光分解，这一发现为通过材料化学改造光合生物进而实现光生物产氢提出了全新的思路。

研究论文“Silicification-Induced Cell Aggregation for the Sustainable Production of H₂ under Aerobic Conditions“发表在最新一期国际知名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

该研究团队在基于生物矿化基础上的细胞表面仿生硅矿化领域取得了系列的研究成果，成功地将自然界的蓝藻实现矿化并赋予其类似硅藻的功能，大幅度提高蓝藻的光学耐受性并提升其光合作用效率（Chem. Comm.， 2013，49，7525-7527）。这些工作表明了材料技术在光合作用生物体的功能提升方面有着重要应用前景，而基于功能材料的藻类改造可以为生物能源的制备提供新的策略。为此，徐旭荣副教授还受邀在国际化学能源类知名刊物《ChemSusChem》上发表了综述论文。

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201504634/abstract