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正如航天服幫助航天員在太空環境中生存一樣，為細菌新開發的“航天服”可以讓它們在本會被殺死的環境中存活下來。
NASA的化學家們開發出了可以在獨特系統中延長細菌壽命的保護服，這個系統將活菌與吸光半導體配對，以便捕獲CO?並將其轉化成工業上或許將來某一天可以在太空居留地使用的化學藥品。
該系統模擬植物的光合作用，不過植物是捕獲CO?並利用太陽能將其轉化成我們經常吃的碳水化合物，而這個混合系統則是捕獲CO?和光，然後製造出各種碳水化合物，碳水化合物的種類取決於細菌類型。實驗所用的是厭氧菌，這意味著它們適合在沒有氧氣的環境中生存。
而這套微生物的“航天服”就起到了阻隔氧氣、保護厭氧菌的作用。正好與太空真空中保護航天員的航天服的作用方式相反。
這是一個可以使工業和環境實現雙贏的混合系統：
它可以將發電廠排出的CO?捕獲，並將其轉化為有用的產品，還可以提供一種生物學途徑，從而在太空飛船和其它行星居留地等人工環境中生產所需要的化學品。
特聘能源教授、勞倫斯伯克利國家實驗室科學家、卡夫利能源納米科學研究所聯合主任楊培東表示：“我們正在利用我們的混合系統固定CO?來製造燃料、藥品和化學品，還可以固定氮氣來製造化肥，如果馬特·達蒙（Matt Damon）想在火星種植土豆，他就需要肥料。”
在過去五年中，楊和他的同事們基於他們在吸光半導體諸如納米線方面的工作，研發了混合細菌系統。這裡所指的納米線是幾百納米直徑的矽固體導線，納米線陣列可以用來捕獲光並發電，是前景看好的廉價太陽能電池。
該混合系統利用半導體高效的光捕獲優勢，將電子供應給厭氧菌，其目的是增強細菌對碳的捕獲能力，從而產生出有用的碳水化合物。厭氧菌通常是靠從環境中覓食電子而生存。
“我們正在進行將這些細菌與半導體連接的工作，半導體可以提供給這些細菌大量的電子，這樣它們就可以進行更多的化學反應，”楊說，“但這個過程同時也會產生對於細菌有害的各種活性氧，因此我們正在將這些細菌放入一個殼體中，這樣如果有任何這些氧化物要進入殼體，這個殼就是第一道防線，就會將它們分解。”
微生物的“航天服”
這個套裝由金屬有機骨架網製成，它將細菌包裹起來，以拚湊物的形式將其覆蓋。穿上這些金屬有機骨架網套裝，細菌在正常氧濃度（21%）下存活時間比不穿套裝長5倍，常常比它們在自然環境中存活的時間還要長。據楊介紹，這些細菌正常的壽命是幾周到幾個月，壽命期結束後可將它們從系統中清洗掉，然後再用新的一批替換。
在這個實驗中，研究人員使用了一種叫做莫雷拉熱醋酸菌（Morella thermoacetica）的細菌，它能產生醋酸——一種化學工業中常見的前體物質。他們使用的另一種實驗細菌叫做卵形鼠孢菌（Sporomusa ovata），也產醋酸。“我們之所以選擇了這些厭氧菌，是因為它們總是專一性地選擇產生一種化學物質。”他說，“我們的研究選擇了可以產生醋酸鹽的細菌，但你也可以選擇那些可以產生甲烷或酒精的細菌。”
2016年，楊在他的混合系統進行細菌與一簇矽納米線配對的第一次實驗中發現，給細菌喂鎘可促使它們用天然半導體硫化鎘來裝飾自己，其中硫化鎘發揮了一種有效的、向細菌提供電子的光吸收劑的作用。
在當前的實驗中，研究人員用硫化鎘裝飾細菌，並用柔性的、一納米厚的金屬有機骨架將它們隱蔽起來。雖然剛硬的金屬有機骨架干擾了細菌的正常生長和分裂過程，但鋯基金屬有機骨架貼片卻會足夠軟，容許包裹在金屬有機骨架內的細菌增大和分裂，之後，溶液中新的金屬有機骨架會重新覆蓋它們。
“你可以把2D金屬有機骨架想象成一片石墨烯：覆蓋在細菌外面的一層鬥篷。”楊的合作者奧馬爾·亞基（Omar Yaghi）這樣說，他是金屬有機骨架的先驅研究者，也是化學系詹姆士和尼爾特傑·特裡特（James and Neeltje Tretter）講座教授。“該2D金屬有機骨架與細菌一起漂浮在溶液中，隨著細菌的分裂，它們就會被進一步覆蓋上一層2D金屬有機骨架，從而保護細菌免受氧氣的侵害。”
一個2D金屬有機骨架包裹在細菌周圍，形成一個柔軟的鬥篷，鬥篷隨細菌的生長和分裂而擴大，金屬有機骨架阻斷氧氣進入從而保護細菌免受氧氣的傷害。
楊和他的同事們也正在致力於提高混合系統光捕獲、電子傳遞以及特定化合物生產的效率，他們設想將這些優化的能力與這些細菌中的新代謝途徑相結合，以生產更複雜的分子。他說：“一旦固定或活化CO?（這是最難的部分），你就可以利用許多已有的化學或生物學途徑來將它們升級為燃料、藥品和商品化學品。”
來源：太空夢想
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