闪闪发光的海藻和藻类天线海底可持续能源解决方案

在欧盟地平线2020研究和创新计划的资助下，由YusufHamied化学系的SilviaVignolini教授领导的仿生和仿生增强光合作用材料(BEEP)项目研究了海洋生物如何与光相互作用。

这个为期四年的可持续能源项目汇集了来自欧洲各地的九个研究小组，并从大自然中汲取灵感，特别是从海洋世界中汲取灵感，其中包括藻类、珊瑚和海蛞蝓在内的生物体已经进化出将阳光转化为能量的有效方法。利用这些特性可以帮助开发新的人工和仿生光合作用系统。

自然界中一些最明亮、色彩最丰富的材料(例如孔雀羽毛、蝴蝶翅膀和蛋白石)的颜色不是来自颜料或染料，而是仅来自其内部结构。我们的眼睛感知到的颜色源于光与材料表面纳米结构之间的相互作用，纳米结构反射特定波长的光。

作为BEEP项目的一部分，该团队研究了海洋物种的结构颜色。一些海洋藻类的细胞壁具有纳米结构，可以传输某些波长的可见光或改变其结构以引导细胞内的光。然而，人们对这些结构的功能知之甚少：科学家相信它们可以保护生物体免受紫外线照射或优化光捕获能力。

该团队研究了一系列珊瑚、海蛞蝓、微藻和海藻的光学特性和光收集效率。通过了解这些物种的光子和结构特性，科学家们希望为生物光反应器和仿生系统设计新材料。

“我们对这些生物体所产生的光学效应很着迷，”剑桥大学BEEP博士研究生玛丽亚·穆拉斯(MariaMurace)说，她研究海藻和海洋细菌的结构颜色。“我们希望了解这些颜色的基础材料和结构是什么，这可能会导致我们今天使用的传统油漆和有毒染料的绿色和可持续替代品的开发。”

BEEP还研究了硅藻：一种微小的光合藻类，几乎生活在地球上的每个水生系统中，产生的氧气相当于我们呼吸的一半。这些微小藻类的二氧化硅外壳形成令人惊叹的结构，但它们也具有卓越的光捕获特性。

BEEP团队设计了微型光捕获天线，并将其固定在硅藻壳上。意大利巴里大学的BEEP博士生之一塞萨尔·维森特·加西亚(CesarVicenteGarcia)表示：“这些触角使我们能够收集生物体无法收集的光，这些光被转化并用于光合作用。”“结果是有希望的：硅藻长得更多!这项研究可以激发强大的生物光反应器的设计，甚至更好

科学家们设计了一个原型生物光反应器，由完全生物相容的水凝胶组成，可维持微藻和结构有色细菌的生长。这些生物体的相互作用是互利的，促进微藻生长并增加产生的生物质的量，这可以在生物燃料生产行业中应用。

除了研究之外，该网络还组织了多项培训和推广活动，包括在意大利、法国和英国的科学节上为公众举办讲座和展览。

“社会依靠科学来推动增长和进步，”负责协调外展工作的BEEP网络经理弗洛里亚娜·米西奥(FlorianaMisceo)说。“对于科学家来说，分享他们的研究并帮助支持知情的讨论和辩论非常重要，因为没有它，错误信息就会猖獗，这就是为什么培训和推广是该项目的重要组成部分。”

“协调这个项目是一次很棒的经历。我从BEEP的其他小组和年轻的研究人员那里学到了很多东西，”Vignolini说。“在实验室接待来自不同学科的研究人员的机会有助于开发新技能并从不同的角度解决问题。”

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