模拟光合作用的光动力催化剂的出现可以提高用于生产药物的化合物反应的产率

麻省理工学院的研究人员设计了一种新的光催化剂，它可以吸收光，并通过模拟光合作用来驱动各种化学反应，即植物生产糖的光驱动过程。研究结果发表在15日的《化学》杂志上。

这种新型催化剂被称为生物混合光催化剂，它含有一种采光蛋白，可以吸收光并将能量传递给含金属的催化剂。然后，这种催化剂利用能量进行反应，可以用来合成药物或将废物转化为生物燃料和其他有用的化合物。

高级作者、麻省理工学院化学副教授Gabriela Schlow-Cohen说，光催化可以使药物、农用化学品和燃料的合成更加高效和环保。研究表明，新的光催化剂可以显著增加他们尝试的化学反应的输出，并且与现有的光催化剂不同，新的光催化剂可以吸收所有波长的光。

在之前关于光催化剂的工作中，研究人员使用一种分子来吸收和催化光。这种方法有局限性，因为大多数使用的催化剂只能吸收特定波长的光。为了创造一种新的催化剂，研究人员模拟光合作用，并结合了两种不同的元素：一种用于收集光，另一种用于催化化学反应。在光收集部分，他们使用了一种在红藻中发现的叫做光敏色素的蛋白质。他们将这种蛋白质附着在一种含钌的催化剂上，这种催化剂以前只用于光催化。

进行联合研究的普林斯顿大学团队在两种不同类型的化学反应中测试了催化剂的性能。一种是硫醇-烯烃偶联，将硫醇和烯烃连接形成硫醚，另一种是肽偶联后，剩余的硫醇基被甲基取代。

普林斯顿团队的研究表明，与单独的钌光催化剂相比，新的生物混合催化剂可以将这些反应的产率提高10倍。他们还发现，这些反应可以在红光的照射下发生，这是现有光催化剂难以实现的，而且对组织的损伤较小，因此可能用于生物系统。

研究人员说，这种改进的光催化剂可以结合到上述两个反应的化学过程中。硫醇-烯烃偶联可用于产生蛋白质成像、传感、药物递送和生物分子稳定性所需的化合物。比如可以用来合成脂肽，使得新设计的抗原疫苗更容易被吸收。研究人员测试的另一种反应是苯脱硫，它在肽合成中有许多应用，包括可用于生产艾滋病治疗药物的恩福韦肽。

这种类型的光催化剂还可以用来驱动一种叫做木质素解聚的反应，这有助于从木材或其他难以分解的植物材料中生产生物燃料。