无机半导体-微生物杂化体系是将无机半导体材料与细菌、酵母等微生物相结合构建的一种新型复合体系。该系统旨在利用无机材料的光吸收和电子激发特性，以及微生物的催化活性和代谢功能，实现太阳能到化学能的高效转化。这种系统的设计灵感来源于自然界中植物和光合细菌的光合作用过程，无机半导体材料在光照下产生光生电子-空穴对，这些光生电子可以传递到微生物中，驱动其代谢反应，通过人工模拟和优化，实现特定化学物质的合成。该系统在能源转化、化学合成等领域具有广阔的应用前景。例如，可以用于二氧化碳还原、氮固定以及氨、有机酸等重要化学品的生物合成等。

近日，华东师范大学张中海教授与南京工业大学章文明教授合作，开发了一种Cu₂O@TiO₂纳米线/A. vinelandii生物杂化体系，该生物杂化体系在最佳条件下实现了高达(1.49 ± 0.05) × 10⁻⁹ mol s⁻¹ cm⁻²（5.36 ± 0.18 μmol h⁻¹ cm⁻²）的氨（NH₃）生成率，比纯无机催化剂高出一个数量级。研究结果表明，Cu₂O@TiO₂纳米线/A. vinelandii生物杂化体系中NH₃合成的增强归因于NADH和ATP浓度的增加，以及固氮酶复合体中nifH和nifD等固氮基因的过量表达。该研究强调了无机-细菌生物杂化体系在太阳能化学转化中的潜力，为利用太阳能进行可持续化学生产提供了更多样化和功能化的方法。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60937-5

作者:章文明；单位:生工学院；审核:庄伟