Pin mặt trời có thể quang hợp gấp 40 lần thực vật, nhờ vào vi khuẩn cyborg

Sinh vật cyborg, được định nghĩa là sự kết hợp của cơ thể sinh học với máy móc nhân tạo, luôn là một đề tài hấp dẫn của khoa học. Chẳng hạn như tìm cách cấy ghép máy móc vào cơ thể người sẽ giúp chúng ta làm được những điều phi thường. Điều này đúng với cả các vi khuẩn cyborg.

Mới đây, các nhà khoa học tại Đại học California Berkeley đã tạo ra được một dạng vi khuẩn cyborg có khả năng quang hợp gấp 40 lần so với thực vật, và chuyển đổi năng lượng gấp 20 lần so với các thế hệ pin mặt trời thương mại hiện nay. Nó được hứa hẹn là một chiếc chìa khóa giúp chúng ta làm chủ được nguồn năng lượng sạch và tái tạo từ mặt trời.

Pin mặt trời có thể quang hợp gấp 40 lần thực vật, nhờ vào vi khuẩn cyborg

Như chúng ta đều đã biết, cây cối dựa vào quá trình quang hợp để biến đổi khí CO₂ thành O₂. Quang hợp cũng tạo ra nguồn chất hữu cơ, không những phục vụ chính bản thân thực vật mà còn là nguồn thức ăn cho hầu hết các sinh vật khác sống trên Trái Đất.

Bởi vậy, quang hợp là một điều kiện thiết yếu cho sự sống trên hành tinh - nhưng trong tự nhiên quá trình này không phải quá hiệu quả. Thông thường, hiệu suất quang hợp ở thực vật chỉ đạt cỡ 2%. Và các nhà khoa học luôn muốn tìm ra phương pháp tối ưu nó bằng mọi cách.

Tại một phòng thí nghiệm của Đại học California Berkeley, các nhà khoa học đang biến những vi khuẩn Moorella thermoacetica trở thành sinh vật cyborg, có khả năng quang hợp tuyệt vời. Sinh vật cyborg được định nghĩa là thực thể sống kết hợp hai phần sinh học và nhân tạo.

Trong trường hợp các vi khuẩn của Đại học California Berkeley, chúng có thân sinh học và được bao phủ thêm phía bên ngoài một lớp các tinh thể nano. Lớp khoác ngoài này có chức năng như các tấm pin mặt trời siêu nhỏ, giúp vi khuẩn thu được nhiều năng lượng hơn so những gì thực vật có thể làm trong tự nhiên.

Vi khuẩn cyborg có thân sinh học và một lớp các tinh thể nano bao phủ bên ngoài

Thông thường, vi khuẩn Moorella thermoacetica sử dụng khí CO₂ để sản xuất axit axetic. Sản phẩm này sẽ được con người sử dụng để biến thành nhiên liệu và chất dẻo phục vụ đời sống. Để làm cho quá trình sản xuất hiệu quả hơn, đầu tiên, các nhà nghiên cứu cho Moorella thermoacetica ăn một hóa chất gọi là cadmium và một hợp chất khác gọi là cystine.

Vi khuẩn tổng hợp nó thành các hạt nano tự bao phủ lên cơ thể của nó. Các hạt nano hoạt động giống như những tấm pin mặt trời. Vì vậy, vi khuẩn trở thành dạng Cyborg và có thể sản sinh axit axetic cả từ carbon dioxide lẫn nước và ánh sáng. Nó là một quá trình quang hợp hiệu quả hơn cả của thực vật trong tự nhiên, và không tạo ra chất thải.

"Thay vì phải dựa vào diệp lục, chất mà thu hoạch ánh sáng mặt trời không hiệu quả, tôi đã dạy vi khuẩn làm thế nào để tự phát triển và phủ ngoài thân chúng các tinh thể nano bán dẫn nhỏ xíu", tiến sĩ Kelsey K. Sakimoto, một trong những tác giả nghiên cứu giải thích. "Những tinh thể nano hiệu quả hơn chất diệp lục rất nhiều và có thể được ứng dụng chế tạo pin mặt trời giá rẻ".

Quá trình sản xuất ra các vi khuẩn cyborg có khả năng quang hợp

Vi khuẩn dạng cyborg này đã tăng được hiệu suất quang hợp lên tới 80%, so với khoảng 2% ở thực vật. Hình thức quang hợp nhân tạo này được đánh giá là một bước tiến lớn, hướng đến việc phát triển các loại nhiên liệu hiệu quả hơn cũng như tạo ra năng lượng tái tạo bằng ánh sáng mặt trời.

Kết quả nghiên cứu được công bố tại Hội nghị Triển lãm Quốc gia lần thứ 54 của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ. Mặc dù các vi khuẩn cyborg quang hợp chưa sẵn sàng để được thương mại hóa, nhưng công trình này có rất nhiều tiềm năng. Một ngày nào đó, có thể các vi khuẩn cyborg sẽ giúp con người thoát khỏi sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Tham khảo Theverger, Phys