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加州大學伯克利分校和勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的化學家對此有一個計劃。

太平洋在線. 在過去的八年中，研究人員一直在研究一種結合細菌和納米線的混合系統，該系統可以捕獲陽光能量，將二氧化碳和水轉化為有機分子的結構單元。納米線是一根細的硅線，大約是人類頭發寬度的一百分之一，被用作電子元件，還被用作傳感器和太陽能電池。

“在火星上，大氣中約有96％是CO 2。基本上，您所需要的就是這些硅半導體納米線吸收太陽能并將其傳遞給這些臭蟲，以便為您進行化學處理，”項目負責人楊培東說。 ，化學教授，加州大學伯克利分校的SK教授和安吉拉·陳（Angela Chan）能源杰出主席。“對于深空任務，您關心的是有效載荷的重量，生物系統具有自我復制的優勢：您無需發送太多信號。這就是我們的生物混合動力版極具吸引力的原因。”

伯克利實驗室高級研究員兼Kavli主任Yang表示，除陽光外，唯一的其他要求是水，在火星上極地冰蓋中水相對豐富，很可能位于地球大部分區域的地下。能源納米科學研究所。

生物混合物還可以從地球上的空氣中吸收二氧化碳，以制造有機化合物，并同時應對氣候變化，這是由大氣中人為產生的過量CO 2引起的。

在3月31日發表在Joule雜志上的一篇新論文中，研究人員報告了將這些細菌（Sporomusa ovata）包裝入“納米線森林”以達到創紀錄效率的里程碑：3.6％的傳入太陽能被轉換并存儲在碳鍵中的碳原子以稱為乙酸鹽的兩碳分子形式存在：本質上是乙酸或醋。

乙酸酯分子可以用作從燃料，塑料到藥物等各種有機分子的基礎。許多其他有機產品可能是由轉基因生物體內的醋酸鹽制成的，例如細菌或酵母菌。

該系統的工作方式類似于光合作用，植物自然利用它來將二氧化碳和水轉化為碳化合物，主要是糖和碳水化合物。然而，植物的效率相當低，通常將不到一半的太陽能轉化為碳化合物。Yang的系統可媲美將CO 2最佳轉化為糖的植物：甘蔗，效率為4-5％。

Yang還在研究有效利用陽光和CO 2生產糖和碳水化合物的系統，有可能為火星殖民者提供食物。

觀察pH值

Yang和他的同事在5年前首次展示其納米線-細菌混合反應堆時，其太陽能轉換效率僅為約0.4％，與工廠相當，但與轉換太陽能電池板的典型效率為20％或更高相比，仍然較低光到電。大約15年前，Yang是最早將納米線轉變為太陽能電池板的人之一。

研究人員最初試圖通過將更多細菌堆積到納米線上來提高效率，這些納米線將電子直接轉移到細菌進行化學反應。但是細菌與納米線分離，破壞了電路。

研究人員最終發現，這些臭蟲在產生乙酸鹽時降低了周圍水的酸度-即增加了稱為pH的測量值-并使它們與納米線分離。他和他的學生們最終找到了一種方法，使水保持更酸性，以抵消連續不斷產生乙酸鹽導致pH升高的影響。這使他們可以將更多的細菌包裝到納米線森林中，將效率提高近10倍。他們能夠在平行的納米線森林中運行反應器一周，而不會剝離細菌。

在此特定實驗中，納米線僅用作導線，不用作太陽能吸收器。外部太陽能電池板提供了能量。

但是，在現實世界的系統中，納米線將吸收光，生成電子并將其傳輸到團聚在納米線上的細菌。細菌吸收電子，并且類似于植物制造糖的方式，將兩個二氧化碳分子和水轉化為乙酸鹽和氧氣。

楊說：“這些硅納米線本質上就像是天線：它們像太陽能電池板一樣捕獲太陽光子。” “在這些硅納米線中，它們將產生電子并將它們喂給這些細菌。然后細菌吸收CO 2，進行化學反應并吐出醋酸鹽。”

氧氣是一種附帶好處，在火星上，可以補充殖民者的人造大氣，這將模仿地球21％的氧氣環境。

Yang通過其他方式對系統進行了調整，例如，將量子點嵌入細菌自身的膜中，該膜充當太陽能電池板，吸收陽光并消除了對硅納米線的需求。這些靠機械裝置維持生命的細菌也可以制造乙酸。

他的實驗室繼續尋找提高生物雜交效率的方法，并且還在探索對細菌進行基因工程改造的技術，以使其具有更多用途并能夠產生多種有機化合物。

這項研究得到了美國國家航空航天局（NASA）對太空生物工程利用中心（CUBES）的資助，這是大學為開發太空生物制造技術而進行的一項多方努力。

加州大學伯克利分校的論文的合著者是現任或前任研究生Yude Su，Stefano Cestellos-Blanco和Ji Min Kim，他們為這項工作做出了同樣的貢獻。研究生沉岳曉，孔巧，陸迪倫，劉沖，張浩和曹玉紅。