这一举动必将让化学家和喜欢微型工厂比喻的人士都感到欣喜，研究人员构建了一种中空CdS@聚多巴胺纳米反应器，模拟了活细胞的两个关键特征。该设计发表在《美国化学会志》上，为在合成纳米材料中重现细胞内高度组织的化学功能提供了一种新途径。首席研究员、中国科学院大连化学物理研究所的李灿教授，以及内蒙古大学刘健教授团队，是这一微观奇迹的幕后推手。

细胞基本上是原始的超常者：它们通过将组分分隔在严格控制的空间中，以卓越的效率和精度执行复杂的生化反应。科学家们从不甘于让生物学独占鳌头，现在正将这些原理应用于工程纳米材料。这一领域被称为纳米细胞工程，旨在创建具有特化表面和内部孔隙或腔体的类细胞结构。这些合成系统通常被称为纳米反应器，本质上是细胞生物学和纳米技术的爱情结晶。

新型纳米反应器具有两个仿生特征。首先，其聚多巴胺壳层中有一个动态的儿茶酚/邻苯醌氧化还原对，充当质子中继而非质子泵。这对氧化还原对加速了质子耦合电子转移（PCET），即质子和电子同步移动的过程。其次，它拥有一个分隔结构：由多孔壳层包围的纳米级中空腔体，形成一个受限环境，能够捕获光子并让反应物积累。这就像一个微型太阳能化学实验室，还自带等候室。

这些特征有助于平衡氧还原和水氧化两个半反应的反应速率，这两个半反应需要和谐工作才能产生过氧化氢。在可见光照射下的水溶液中，该纳米反应器实现了3.24 mmol gcat.-1 h-1的H2O2光合速率和1.2%的太阳能到化学能转换效率。为了弄清其工作原理，研究人员使用了原位光谱、光化学分析、有限元模拟和理论计算。他们还将纳米反应器嵌入海藻酸钠水凝胶基质中，制成固体、可回收的光催化剂，能够在自然阳光下连续合成H2O2，同时保持稳定的性能。

“我们的研究为工程仿生纳米反应器提供了新策略，这些反应器越来越能复制活细胞的复杂功能，为人工光合作用、能源催化和合成化学开辟了新的机遇。”李教授说。所以，下次你看到植物进行光合作用时，请记住：我们离在试管中实现这一目标又近了一步，但使用了更多的聚多巴胺。