化学者と小さな工場の比喩を楽しむ人々の両方を確実に喜ばせる動きとして、研究者たちは生きた細胞の2つの重要な特徴を模倣した中空のCdS@ポリドーパミン・ナノリアクターを構築した。この設計は、Journal of the American Chemical Societyに掲載され、合成ナノ材料内で細胞の高度に組織化された化学機能を再現する新しい方法を提供する。中国科学院大連化学物理研究所（DICP）の李燦教授と、内蒙古大学のJian Liu教授のチームが、この微細な驚異の背後にある首謀者である。

細胞は基本的に元祖オーバーアチーバーである。密に制御された空間で構成要素を区画化することで、例外的な効率と精度で複雑な生化学反応を行う。科学者たちは、生物学に負けじと、これらの原理を工学的ナノ材料に応用している。ナノセル工学と呼ばれるこの分野は、特殊な表面と内部の細孔や空洞を持つ細胞様構造を作り出すことを目的としている。これらの合成システムは、しばしばナノリアクターと呼ばれ、本質的に細胞生物学とナノテクノロジーの愛の結晶である。

新しいナノリアクターは、2つの生体模倣機能を備えている。第一に、ポリドーパミンシェル内に動的なカテコール/o-ベンゾキノン酸化還元対を持ち、これはプロトンポンプではなくプロトンリレーとして機能する。この対は、プロトンと電子が同期して移動するプロトン共役電子移動（PCET）を加速する。第二に、区画化された構造を誇る。多孔質シェルに囲まれたナノスケールの中空空洞は、光子を閉じ込め、反応物を蓄積させる閉じ込め環境を作り出す。まるで、小さな太陽光発電の化学実験室に待合室が付いているようなものだ。

これらの機能は、過酸化水素生成のために調和して働く必要がある2つの半反応、酸素還元と水酸化の反応速度のバランスを取るのに役立つ。水溶液中の可視光下で、ナノリアクターは3.24 mmol gcat.-1 h-1のH2O2光合成速度と1.2%の太陽光から化学物質への変換効率を達成した。その仕組みを解明するために、研究者たちはin situ分光法、光化学分析、有限要素シミュレーション、理論計算を使用した。また、ナノリアクターをアルギン酸ナトリウムヒドロゲルマトリックスに埋め込み、自然太陽光下で連続的にH2O2を合成しながら安定した性能を維持できる固体でリサイクル可能な光触媒を作成した。

「私たちの研究は、生きた細胞の洗練された機能をますます再現する生体模倣ナノリアクターを工学するための新しい戦略を提供し、人工光合成、エネルギー触媒、合成化学における新たな機会を開くものです」と李教授は述べた。だから、次に植物が光合成をしているのを見たら、覚えておいてほしい。私たちはそれを試験管内で行うことに一歩近づいているが、ポリドーパミンがもっと多いのだ。