藻类细胞发电示意图
“我相信我们是第一个利用活体藻类细胞发电的研究小组”课题负责人WonHyoung Ryu信心十足的说。他们刚刚在《纳米快报》上发表了相关论文。
斯坦福大学研究小组专门针对活体藻类细胞，开发了一种独特的超细纳米金电极，他们将电极轻轻刺穿细胞膜，不影响细胞的生存。当细胞进行光合作用时，电极累积了电子，研究人员获得了微小电流。
“我们现在仍处在研究阶段，”WonHyoung Ryu说。 “我们先处理单细胞，证明的确能收集到电子。”
植物利用光合作用将光能转化为化学能存储在他们体内。 该过程发生在叶绿体，在叶绿体中，水被分解成氧气，质子和电子，阳光穿透叶绿体将电子激发到高能态，然后被蛋白质迅速捕获。 随着捕获的电子增多，蛋白质转变为糖类储存下来。
实验中，研究人员截获了受激发处于高能态的电子，并通过插入到藻类细胞叶绿体内的金电极，产生一段微小的电流。
“这种发电过程不会产生二氧化碳，唯一的副产物是氧气和质子”，WonHyoung Ryu说：“这可能是最清洁的发电方式，现在的问题是经济上是否可行。目前他们从每个细胞收集的电流只有1pA，因此需要1万亿只细胞才能获得1节AA电池的储电量。另外，细胞寿命有限，1小时后就会死亡，如果电极电流泄露，还会加速细胞的死亡。我们下一步的工作是调整电极，延长电极寿命并增加其生物适应性。”
理论上讲，这种发电方式的效率比直接燃烧生物燃料高很多。直接燃烧法只利用了约3-6%的太阳能，此研究中约20%。如果控制调整得好，可以接近100%，而目前太阳能电池的效率约20-40%。
“下一阶段的研究内容是选择叶绿体更大的生物，调整电极以便收集更多电子。只要生物的寿命足够长，电极的收集效率提升，我们将进行规模化试验。”