中国科学家开发新型电驱动光合作用系统，实现精准调控

中国科学家开发新型电驱动光合作用系统，实现精准调控

引用

澎湃

1.

https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_30024583

近日，中国科学院化学研究所白昊天研究员团队在光合作用研究领域取得重要突破。他们开发了一种基于电化学发光（ECL）和共轭聚合物的新型光合作用系统，能够实现对叶绿体光合作用的精准调控。

研究背景

光合作用是地球上生命活动的基础，但太阳能在时间和空间上的不均匀分布严重限制了光合作用效率。传统的光驱动方式存在光源与光合生物距离远、光能利用率低等问题。而电化学发光（ECL）作为一种电化学驱动的发光过程，结合了电化学与化学发光的优势，能够精确调节发光时间和发光强度，缩短光源工作距离，实现高度的时空可控。

研究方法与成果

研究团队构建了基于三联吡啶钌（Ru(bpy)32+）的ECL光合作用系统。通过调节通电时间和Ru(bpy)32+浓度，实现了对ECL发光时间和空间的有效干预，从而精准调控叶绿体光合作用。

图1. 电驱动叶绿体光合作用体系示意图

为了进一步优化光谱匹配，研究团队引入了由聚芴-苯并噻唑并嘧啶衍生物（PFTP）和聚（苯乙烯-马来酸酐）共聚物（PSMA）制备的共轭聚合物纳米粒子（PFTP-NPs）。实验结果表明，PFTP-NPs能够有效优化ECL发射光谱与叶绿体捕光范围的光谱匹配，进一步提高了光合系统中重要光反应产物ATP和NADPH的产量。

应用前景

研究团队还通过3D打印技术将该光合作用系统制成水凝胶，证明了叶绿体在水凝胶中依然能进行光合作用。这一成果为发展无需外界光源驱动的光合作用系统提供了新思路，也为基于化学手段实现光合作用调控开辟了新途径。

这项研究不仅展示了中国科学家在前沿科技领域的创新能力，也为农业、能源等领域带来了新的发展机遇。