9月24日，國際學術期刊Nature Communications報道了微生物所研究人員創建的小型化仿生海洋電池，在生物光伏領域取得新進展。該研究受到海洋微生物生態系統是一個天然太陽能生物轉化系統的啟發。
根據其由初級生產者、初級分解者和終端消費者組成的基本特徵，設計構建了一個由初級生產者（藍藻）﹑初級分解者（大腸桿菌）和終端消費者（希瓦氏菌和地桿菌）構成的四菌微生物組，並證明四菌微生物組在系統內阻﹑最大功率密度和穩定性等方面最優，說明保持完整三級生態結構可實現高效生物光電轉化。
進一步地，針對藍藻光合放氧與異養微生物厭氧產電之間存在的矛盾，研究人員阻斷了大腸桿菌和希瓦氏菌的好氧呼吸途徑，並開發了具有隔氧性能的導電水凝膠，將大腸桿菌、希瓦氏菌和地桿菌封裝起來，形成能夠隔氧且能進行電子傳遞的人工沉積層。將人工沉積層與含有藍藻的水柱層組裝在一起，最終製造出一體化的生物太陽能電池，可以直接將光能轉化為電能，並穩定運行1個月以上（圖1）。
該生物太陽能電池模擬了海洋電池的基本物理結構和生態結構，但時空尺度顯著壓縮，可以視為一個小型化的仿生海洋電池（圖2）。仿生海洋電池不僅將生物光伏效率提高到一個新的水平，為開發高效穩定的生物太陽能電池提供了新的路徑，也進一步展現了合成生態學的生物技術潛力。
該研究題為“A miniaturized bionic ocean-battery mimicking the structure of marine microbial ecosystems”，中科院微生物研究所博士后朱華偉為論文第一作者，中科院微生物研究所李寅和張延平、中科院天津工業生物技術研究所張學禮和朱之光﹑以及中科院青島生物能源與過程研究所呂雪峰為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金﹑中國科學院B類先導科技專項培育項目、中國科學院重點部署項目﹑中國科學院潔凈能源創新研究院合作基金﹑博士后創新人才支持計劃等項目的資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33358-x
