中国科学家已经成功地利用阳光驱动的细菌来清除废水中的有机污染物，并在此过程中制造出有价值的新化学品。据悉，从重金属污染的水中提取有用化学物质的能力可以为半导体材料的可持续和环保生产铺平道路。
这项研究由中国科学院深圳合成生物研究所的高翔教授和深圳哈尔滨工业大学的路璐教授牵头，于10月16日发表在《自然·可持续发展》杂志上。
半导体是支撑高科技产业的基本芯片，其通常是在超洁净环境中通过化学或物理方法生产的。然而值得注意的是，用于制造半导体的材料可以通过废水中的基因工程细菌生产，并用于广泛的应用，例如下一代数字显示器，太阳能电池板甚至医学。
尽管如此，工业废水的成分多样而复杂，这对将其用作细菌的营养来源构成了挑战，而且有限的生产可能将成本推高至黄金价格的100倍以上。
为了找到更好的方法，研究人员希望将废水污染物转化为由生物和非生物成分组成的半导体生物杂化体。
该研究小组选择了需钠弧菌，这是一种对咸水友好的海洋微生物。高教授表示：“这种细菌是增长最快的工业微生物之一，其生长速率比大肠杆菌快一倍。”
“需钠弧菌可以在高盐环境中茁壮成长，对废水具有很高的耐受性。它们可以利用200多种有机物质作为营养物质，包括糖、醇、氨基酸和有机酸，这使它们成为这项研究的理想候选者。”
研究小组随后将好氧H2S引入需钠弧菌，训练该菌株直接从环境中吸收硫酸盐并产生硫化氢气体，然后将其与废水中的金属离子结合，产生半导体纳米颗粒，且同步实现溶液中金属离子的高效去除。
实验证实，这种方法是通用的，可以应用于各种金属离子，产生像硫化镉、硫化铅和硫化汞这样的化合物。
接着将纳米颗粒固定在细菌表面，形成半导体生物杂化体。当暴露在光线下时，半导体材料吸收太阳能并将其转化为电子，为细菌提供额外的能量。
这些类型的纳米粒子(也称为量子点)是另一组科学家获得今年诺贝尔化学奖的核心发现。
高教授表示：“经过一个完整的循环，废水中的生物杂化物可以通过过滤或沉淀收集，用于半导体材料的提取。这种生物混合系统可能是一种高效、经济的制造高价值量子点的方法。”
当这种生物杂合物在废水中增殖时，它还将有机污染物转化为2,3-丁二醇(BDO)，这是一种有价值的商品化学品，在化妆品、农业和医疗保健领域有着广泛的应用。
高教授说:“纳米粒子通过吸收光产生的额外能量，提高了生物杂交种的合成效率和废水中有机物的转化率。
“传统上，细菌生长和生成BDO所需的所有能量都由细菌自身提供，这涉及到有机物的自我代谢和消化。通过吸收光获得的额外能量显然加速了这两个过程。”实验室测试表明，在人造光下，生物杂交种产生BDO的速度是未经修饰的细菌的两倍，碳转化率提高了26%。
该团队正在探索扩大反应规模的选择。“工业废水的透明度通常很差。我们正在研究更大表面积的反应堆，以获得足够的照明。”
