利用生物启发的人工细胞从光中收集能量

科学家设计并连接了两个不同的人工细胞，以产生称为ATP(三磷酸腺苷)的分子。ATP是所有生物用来携带和提供能量以运行细胞过程的基本单位。科学家开发了一组人造细胞，当它们暴露在光线下时会产生质子。他们还开发了不同的人造细胞，其中含有一种可以利用这些质子生成ATP的酶。然后，团队将两种类型的单元连接在一起。

这种人工细胞设计使用了由银和金制成的细棒(nanorods)来创建类似于自然界的生物细胞壁。这些棒与生物细胞用来制造细胞壁的脂质(例如脂肪和脂肪酸)相反。这些纳米棒对光的反应可以加快某些蛋白质产生质子的速度。

制造人造细胞的最新努力是在膜上填充纳米颗粒，然后组装成胶体胶囊。膜物质本身提供的优势包括离子可通过的可调孔。但是，膜材料也可能影响人工细胞内感兴趣的固有过程。

发表在《Angewandte Chemie国际版》上的这项研究“用于等离子增强化学渗透梯度生成和ATP合成的轻型门控原代细胞”旨在加深对这种效应的理解。美国能源部科学办公室用户设施的阿贡国家实验室纳米材料中心的研究人员使用所谓的等离子体材料(可以以独特方式与光相互作用的纳米系统)为胶体胶囊创建了具有光响应能力的人造细胞。

另外，光门控蛋白用于驱动光活化合成过程。人造细胞的胶体中装有银-金(Au-Ag)纳米棒，它们会自组装成胶囊。此外，Au-Ag纳米棒在某些光照条件下达到等离子体共振。然后将光活化蛋白细菌视紫红质附着到胶囊的表面上。

选择细菌视紫红质是因为它能够在光照下将质子跨膜转运。细菌视紫红质捕获光能，利用该能将质子泵送穿过膜，并将质子浓度的差异转化为化学能。

通过将质子作为“化学信号”来触发共存人造细胞群体中ATP生物合成，进一步证明了这种设计的类细胞潜力。总体而言，人造细胞的性能符合设计目标。Au-Ag胶体胶囊的宽等离振子共振提高了光激活蛋白发生光反应的可能性，从而创造了一种新型的光可控合成“原细胞”。

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