該研究受到海洋微生物生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)天然太陽能生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的啟發(fā)，根據(jù)其由初級生產(chǎn)者、初級分解者和終端消費(fèi)者組成的基本特征，設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)由初級生產(chǎn)者(藍(lán)藻)﹑初級分解者(大腸桿菌)和終端消費(fèi)者(希瓦氏菌和地桿菌)構(gòu)成的四菌微生物組，并證明四菌微生物組在系統(tǒng)內(nèi)阻﹑最大功率密度和穩(wěn)定性等方面最優(yōu)，說明保持完整三級生態(tài)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)高效生物光電轉(zhuǎn)化。
 

　　進(jìn)一步，研究針對藍(lán)藻光合放氧與異養(yǎng)微生物厭氧產(chǎn)電之間存在的矛盾，阻斷了大腸桿菌和希瓦氏菌的好氧呼吸途徑，并開發(fā)了具有隔氧性能的導(dǎo)電水凝膠，將大腸桿菌、希瓦氏菌和地桿菌封裝起來，形成能夠隔氧且能進(jìn)行電子傳遞的人工沉積層。研究將人工沉積層與含有藍(lán)藻的水柱層組裝在一起，制造出一體化的生物太陽能電池，可直接將光能轉(zhuǎn)化為電能，并穩(wěn)定運(yùn)行1個(gè)月以上(圖1)。
 

　　該生物太陽能電池模擬了海洋電池的基本物理結(jié)構(gòu)和生態(tài)結(jié)構(gòu)，但時(shí)空尺度顯著壓縮，可以視為一個(gè)小型化的仿生海洋電池(圖2)。仿生海洋電池將生物光伏效率提高到新水平，為開發(fā)高效穩(wěn)定的生物太陽能電池提供了新路徑，并進(jìn)一步展現(xiàn)了合成生態(tài)學(xué)的生物技術(shù)潛力。
 

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金﹑中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)培育項(xiàng)目、中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目﹑中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金﹑博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等的支持。