由于代谢途径的多样性，光诱导的微生物电子转移具有高效生产增值化学品、生物燃料和可生物降解材料的潜力。然而，大多数微生物缺乏光活性蛋白质，需要人工合成的光敏剂，这些光敏剂会遭受光腐蚀、光降解、细胞毒性以及产生对细胞有害的光激发自由基，从而严重限制了催化性能。因此，迫切需要用于微生物和电极之间有效电子界面的生物相容性光电导材料。

近日，耶鲁大学Nikhil S. Malvankar，Jens Neu首次证明，由于蛋白质纳米线内的超快光诱导电荷转移，生命系统中具有显著的光电导性。这些自然系统中令人惊讶的光电导起源在于光激发时更高的载流子密度和迁移率。

文章要点

1）研究人员发现硫还原地杆菌的活生物膜使用细胞色素OMCs的纳米线作为本征光导体。光导原子力显微镜显示，在纯化的单个纳米线中，光电流增加了100倍。光电流对激发的响应迅速(<100毫秒)，并可逆地持续数小时。此外，飞秒瞬态吸收光谱和量子动力学模拟揭示了在光激发下纳米线hemes之间的超快(~200 fs)电子转移，增强了载流子密度和迁移率。

2）这些纳米线的高表面积，加上它们的生物相容性和无毒性，使它们成为光驱动全细胞生物电催化这一新兴领域的有吸引力的候选材料，应用范围广泛，如水分解、化学传感和二氧化碳固定以及化学品、燃料和材料的生产。此外，研究也可能有助于利用液态太阳光的方法从太阳光中高效稳定地生产液体燃料。

对具有不同血红素堆积和蛋白质环境的纳米线的进一步研究将金属从铁替换为锌或锡可以改变血红素辅因子之间的相互作用，从而改变纳米线的电子和光物理性质以实现可调功能。

参考文献

Neu, J., Shipps, C.C., Guberman-Pfeffer, M.J. et al. Microbial biofilms as living photoconductors due to ultrafast electron transfer in cytochrome OmcS nanowires. Nat Commun 13, 5150 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-32659-5

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32659-5