像南美洲泡蟾產(chǎn)生的泡沫一樣,，美國(guó)辛辛那提大學(xué)的兩位研究人員開發(fā)的新材料可以在沒有陽(yáng)光的條件下把二氧化碳固化為糖,。
南美洲的泡蟾有一種特別的行為。在產(chǎn)卵后,，雌性泡蟾會(huì)在卵上覆蓋一層細(xì)膩的泡沫,，把卵包裹在其中，漂浮在水面上,。這層透氣的泡沫能夠幫助受精卵保持合適的溫度,，同時(shí)避免受到光照和病原體的侵襲。最令人驚奇的是,，這種泡沫可以維持兩周的時(shí)間而不損壞?，F(xiàn)在，研究者借用來自這種泡沫的物質(zhì),，開發(fā)出了一種全新的材料,，不僅能更有效地固化二氧化碳，而且還能把二氧化碳變成糖,，甚至直接變成更好的生物燃料,。
這種一舉多得的材料能夠通過類似植物光合作用的過程來捕捉二氧化碳,，并且將其轉(zhuǎn)化為糖類物質(zhì)。產(chǎn)生的糖可以用來制造生物質(zhì)燃料,，避免了其他生物質(zhì)燃料那種與糧食及其他農(nóng)作物爭(zhēng)奪土地的狀況,。如果非要說什么缺點(diǎn)的話，也許只能說它不能像真正的植物那樣產(chǎn)生氧氣罷了,。
很早之前人們就發(fā)現(xiàn),，植物可以在陽(yáng)光的照射下，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成糖類產(chǎn)物,，同時(shí)將副產(chǎn)品氧氣排放回大氣,。在經(jīng)過了一百多年的摸索之后，人們終于研究清楚了光合作用的過程,。光合作用可以分成光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩部分,，在光反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生氧氣，同時(shí)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,，為暗反應(yīng)提供能量,；而暗反應(yīng)中最重要的過程被稱為卡爾文循環(huán)，它將把二氧化碳整合到一個(gè)五碳糖分子上,，形成一種不穩(wěn)定的六碳糖,，然后分解并還原生成兩個(gè)3-磷酸甘油酸，再在ATP提供的能量幫助下產(chǎn)生兩個(gè)3-磷酸丙糖,，最后合成葡萄糖,。在卡爾文循環(huán)中，每生成一個(gè)葡萄糖分子就能夠固化六個(gè)二氧化碳分子,，同時(shí)產(chǎn)生六個(gè)水分子,。
傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，光合作用只有在葉綠體的參與下才會(huì)發(fā)生,，但是,，俄亥俄州辛辛那提大學(xué)的生物工程和土木工程助理教授David Wendell博士和Carlo Monetmagno博士打破了這一固有觀念，他們?cè)诮衲觊_發(fā)出的泡沫狀新材料,，能夠幫助把光合作用用于工業(yè)化的二氧化碳捕捉過程,。
之所以采用泡沫狀的材料，是因?yàn)檫@種材料能夠透氣,，透光,，并且有相對(duì)較大的反應(yīng)面積，可以捕捉更多空氣中的二氧化碳分子,。他們發(fā)現(xiàn)來自泡蟾泡沫的Ranaspumin-2蛋白質(zhì)是很好的表面活性劑,，它起到的作用大概和吹肥皂泡時(shí)的肥皂類似。通過添加這種生物表面活性劑，他們獲得了能夠長(zhǎng)期存在的泡沫,。
泡沫的其他組成部分包括來自植物,、真菌和藻類的多種酶。這些酶能夠幫助完成二氧化碳固化的過程,，其中最重要的是BR/F0F1-ATP合酶,。這種酶是一個(gè)微型的分子旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，負(fù)責(zé)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,，催化生成提供能量的ATP，并借此承擔(dān)將二氧化碳變成糖類的重要職能,。其它酶則起到輔助的作用,，讓泡沫吸進(jìn)二氧化碳，并且把它們固化成葡萄糖和果糖,。
這項(xiàng)研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在今年3月的《納米快報(bào)》上,。研究者證實(shí)了這種系統(tǒng)的固化效率是傳統(tǒng)二氧化碳固化設(shè)備的五倍，而化學(xué)能轉(zhuǎn)化率甚至可以高達(dá)96%—而自然界光合作用系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率大概只有6%,。在實(shí)驗(yàn)過程中,，每份原料能夠生成十倍體積的泡沫，每小時(shí)能夠產(chǎn)生116nmol的葡萄糖,。“和植物相比,，這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以將所有的太陽(yáng)光能都用來轉(zhuǎn)化為糖類，而植物則需要使用大量的能量來維持生命和生長(zhǎng),。這種泡沫不需要土地來種植,，糧食產(chǎn)品也不會(huì)受到影響；而且它能夠在高濃度二氧化碳環(huán)境下使用,，比方說熱電廠的煙囪里,。而自然的光合作用系統(tǒng)則沒法在這種環(huán)境中工作，它們需要二氧化碳在某個(gè)特定的濃度范圍之內(nèi),。”David Wendell說,。
