科羅拉多大學博爾德分校的研究人員開發出能夠利用空氣中的二氧化碳和氮氣生產各種塑料和燃料的納米生物雜交生物，這是邁向低成本碳封存和化學品生態友好型制造的有希望的第一步。

通過使用光活化的量子點火的微生物細胞內的特定的酶，研究人員能夠創建“活工廠”即吃有害CO 2并將其轉化為有用的產品，如可生物降解的塑料，汽油，氨和生物柴油。

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“這項創新證明了生物化學過程的力量，”該研究的第一作者，CU博爾德化學與生物工程系的助理教授Prashant Nagpal說。“我們正在尋找的是可以提高CO的技術2捕獲到應對氣候變化，有一天甚至可能取代碳密集型制造塑料和燃料。”

該項目于2013年開始，當時Nagpal和他的同事開始探索納米級量子點的廣泛潛力，納米級量子點是類似于電視機中使用的微小半導體。量子點可以被動地注入細胞，并被設計成附著和自組裝成所需的酶，然后使用特定波長的光命令激活這些酶。

Nagpal希望看到量子點是否可以作為火花塞來激發微生物細胞內的特定酶，這些酶具有轉化空氣中的CO 2和氮的手段，但由于缺乏光合作用而不能自然地這樣做。

通過將專門定制的點擴散到土壤中常見微生物種類的細胞中，Nagpal和他的同事彌合了這一差距。現在，曝光即使少量間接的陽光會激活這種微生物的CO 2的胃口，而不需要能源和食品的任何源開展高耗能的生物化學轉換。

“每個細胞都在制造數百萬種這些化學物質，我們發現它們的天然產量可能會超過200%，”Nagpal說。

處于休眠狀態的微生物將其產生的產物釋放到表面，在那里它可以被撇去并收獲用于制造。點和光的不同組合產生不同的產品：綠色波長導致細菌消耗氮并產生氨，而較紅波長使微生物在CO 2上盛宴以產生塑料。

該過程還顯示出能夠大規模運作的有希望的跡象。該研究發現，即使微生物工廠一次激活數小時，它們也幾乎沒有消耗或耗盡的跡象，這表明細胞可以再生，從而限制了旋轉的需要。

“我們非常驚訝它的效果和它一樣優雅，”Nagpal說。“我們剛剛開始使用合成應用程序。”

理想的未來情景，Nagpal說，將有單戶家庭和企業管他們的CO 2直接排放到附近的貯存池塘，其中微生物將它們轉化為生物塑料。業主將能夠以微薄的利潤出售最終產品，同時基本上抵消了他們自己的碳足跡。

“即使利潤很低，也不能在純成本基礎上與石化產品競爭，這樣做仍然有社會效益，”Nagpal說。“如果我們能夠轉換甚至一小部分當地溝渠池塘，它將對城鎮的碳排放量產生相當大的影響。人們對實施的要求并不高。例如，許多人已經在家里制作啤酒，并且這并不復雜。“

他說，現在的重點將轉向優化轉換過程并引進新的本科生。Nagpal希望將項目轉換為秋季學期的本科實驗室實驗，由CU Boulder Engineering Excellence Fund資助。Nagpal認為他現在的學生堅持多年的項目。

“這是一段漫長的旅程，他們的工作非常寶貴，”他說。“我認為這些結果表明這是值得的。”

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