近日，中国科学院微生物研究所张延平研究团队在Advanced Science发表论文，题为“Rewiring photosynthesis by water-soluble fullerene derivatives for solar-powered electricity generation”，该研究利用水溶性富勒烯纳米材料改变光合电子传递方向，从而提高生物光电转化效率。
光合作用将光能转变为化学能，是自然界中最重要的能量转化过程。利用生物元件或人工元件改变光合电子传递方向，有望将丰富的高能态电子用于生物光伏、光驱生物制造、光合产氢等系统。然而，天然光合系统和细胞代谢调控非常复杂，传统生物工程策略难以实现光合电子传递过程的有效调控。
研究团队提出一种改变光合电子传递方向的新策略，即利用零维碳纳米材料富勒烯从光合电子传递链中截流电子并传递到胞外，用于将光能转换为电能。研究表明，表面带正电荷的富勒烯衍生物C60-DMePyI可以被蓝藻细胞快速捕获，主要分布于类囊体膜区域。通过电子传递抑制剂、飞秒瞬态吸收光谱、稳态荧光光谱和体外氧化还原等表征手段，研究人员揭示出富勒烯主要从光系统I受体侧截流电子，同时与光系统II和光系统I的光反应中心均存在直接相互作用。被蓝藻细胞吸收的富勒烯改变了光合电子传递方向，促进光合电子向胞外分流，将蓝藻光电流密度提高了一个数量级。该研究不仅有助于深入认识蓝藻中光合电子传递屏障，也为打开富勒烯纳米材料在生物能量转化中的应用提供了可能。
中国科学院微生物研究所特别研究助理朱华伟博士为论文第一作者，李寅研究员和国家纳米科学中心贺涛研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项和中国博士后科学基金等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202310245
水溶性富勒烯纳米材料重塑光合电子传递
