在火星或地球上，Biohybrid可以将CO2转为有用的新有机产品

一种从空气中捕获二氧化碳并将其转化为有用的有机产品的装置。左侧是含有纳米线/细菌杂种的腔室，其减少二氧化碳以形成乙酸盐。在右边是产生氧气的腔室。

如果人类希望殖民火星，定居者将需要在全球范围内生产各种各样的有机化合物，从燃料到药物，这对于从地球上运送的昂贵。

加州大学，伯克利和劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）化学家有一个计划。

在过去的八年中，研究人员一直在致杂交系统，组合细菌和纳米线，可以捕获阳光的能量，将二氧化碳和水转化为有机分子的构建块。纳米线是薄的硅电线约为1百次人发的宽度，用作电子元件，以及传感器和太阳能电池。

“在火星上，大约96％的大气是二氧化碳。基本上，你所需要的只是这些硅半导体纳米线，可以采用太阳能，并将其传递给这些虫子，以便为您做化学，“化学和SK和Angela Chan尊贵的椅子在UC Berkeley。“对于深度空间任务，您关心有效载荷，生物系统具有自我繁殖的优点：你不需要发送很多。这就是为什么我们的生物次战版本非常有吸引力。“

除阳光下，唯一的其他要求是水，在火星上，在火星上相对丰富，在极地冰帽上，杨先生的大部分地球上的可能是在地球上的冻结地下的可能性，他是伯克利实验室和Kavli总监的高级教师科学家能源纳米科学研究所。

生物冬小化还可以从地球上的空气中拉出二氧化碳，使有机化合物同时解决气候变化，这是由大气中的过量人产生的二氧化碳引起的气候变化。

在2020年3月31日发布的新文件中，研究人员将这些细菌（Sporomusa ovata）纳入“纳米线森林”的里程碑，以实现记录效率：将3.6％的进入太阳能转化并储存在碳键中，以含有醋酸乙酸的双碳分子的形式：基本上乙酸或醋。

醋酸盐分子可以用作一系列有机分子的构建块，从燃料和塑料到药物。许多其他有机产品可以由醋酸甲酸酯内部制成，例如细菌或酵母。

该系统与光合作用一样，其天然植物将二氧化碳和水转化为碳化合物，大多是糖和碳水化合物。然而，植物的效率相当低，通常将少于半百分之一度的太阳能转化为碳化合物。阳的系统与最佳转化为糖的植物的系统相当：甘蔗，其效率为4-5％。

杨也在努力从阳光和二氧化碳有效地生产糖和碳水化合物，可能为火星殖民者提供食物。

在最佳酸度或pH下运行的纳米线细菌杂种的扫描电子显微照片，或对纳米线紧紧地包装细菌。关闭包装可以更有效地将太阳能转换为碳键。秤杆是1/100毫米，或10微米。

当杨和他的同事们首先在五年前展示了纳米线细菌混合反应器，太阳能转换效率仅为0.4％ - 与植物相当，而仍然低于转换光的硅太阳能电池板20％或更多的典型效率相比电力。大约15年前，杨是第一个将纳米线变成太阳能电池板的首批之一。

研究人员最初试图通过将更多细菌包装到纳米线上，将电能直接转移到细菌中，以提高效率。但细菌与纳米线分开，断开电路。

研究人员最终发现了虫子，因为它们产生醋酸盐，降低了周围水的酸度 - 即增加了称为pH的测量，并使它们从纳米线中脱离。他和他的学生最终发现了一种方法来保持水稍微酸化，以抵消连续醋酸盐的产量上升的效果。这允许它们将许多细菌包装到纳米线森林中，升高效率几乎增加了10倍。他们能够操作反应器，一个平行纳米线的森林，没有细菌剥离的一周。

在该特定实验中，纳米线仅用为导线，而不是太阳能吸收剂。外部太阳能电池板提供了能量。

然而，在真实世界的系统中，纳米线将吸收光，产生电子并将它们运送到纳米线上的细菌上。细菌采用电子，类似于植物制造糖的方式，将两个二氧化碳分子和水转化为醋酸盐和氧气。

“这些硅纳米线基本上是一种天线：杨说，它们就像太阳能电池板一样捕获太阳能光子。““在这些硅纳米线中，它们会产生电子并将它们送入这些细菌。然后细菌吸收二氧化碳，做化学并吐出醋酸盐。“

氧气是一个副作用，在火星上，可以补充殖民者的人工大气，这将模仿地球的21％的氧气环境。

杨以其他方式调整了该系统 - 例如，将量子点嵌入细菌的自身膜中，该膜充当太阳能电池板，吸收阳光并避免对硅纳米线的需求。这些肉纤维细菌也制造醋酸。

他的实验室继续寻找能够提高生物次育的效率，并且还在探索基因工程的技术，使它们更通用，能够产生各种有机化合物。

参考：“高效太阳能驱动二氧化碳固定的紧密纳米线 - 细菌混合动力车”由Yude Su，Stefano Cestellos-Blanco，Ji Min Kim，Yue-Xiao Shen，Qiao Kong，Dylan Lu，Chong Liu，Hao Zhang，Yuhong Cao和Peidong杨，2020年3月31日，joule.doi：
10.1016 / J.Joule.2020.03.001

该研究得到了NASA的授予，以利用空间（立方体）在空间（立方体）的利用中心，为发展空间生物制造技术的多大学努力。

本文的UC Berkeley共同作者是当前或前研究生Yude Su，Stefano Cestellos-Blanco和Ji Min Kim，他们同样地贡献了这项工作;和研究生Yue-Xiao Shen，乔孔，迪伦陆，冲柳，郝张和玉宏曹。