近日，唐波教授团队在颗粒表面光生载流子产生和转移过程解析中取得新进展，并成功用于指导生物合成。相关成果在8月21日以“Dual-channel energy pathway combining energy molecule supply and electron transfer to support solar-to-chemical production in E. coli-thylakoid hybrid”为题，发表在Nature Synthesis（Nat. Synth., 2025. doi: 10.1038/s44160-025-00853-0）。唐波教授、李璐教授为该论文共同通讯作者，安静华副教授为该论文第一作者。

在单颗粒、单分子水平阐释颗粒表面活性物种的产生、原位转化是分析化学领域颇具挑战性的课题，其难点在于原位反应过程中颗粒表面产生的光生载流子、活性氧物种种类多、浓度低、活性高，且在溶液中快速扩散迁移。构建吸光材料-微生物复合体系，利用光驱动微生物合成化学品，是一种通过太阳能为细胞代谢供能、提升生物合成效率的重要策略。受到天然光合作用的启发，唐波团队选取植物来源的类囊体作为光吸收模块，与大肠杆菌整合，成功构建出“类囊体-大肠杆菌”杂合系统。通过自主研发的单颗粒表面原位成像荧光检测仪结合多种分析表征手段，对该系统异质界面电子产生与传递进行解析。研究发现，类囊体展现出优异的生物相容性，可通过双通道能量供给途径为大肠杆菌供能：一方面光驱动类囊体产生的光电子可直接用于合成ATP、NADH和NADPH，供应大肠杆菌；另一方面来源于类囊体的光电子可通过聚多巴胺、核黄素等氧化还原媒介传输给细菌，用于细菌中能量合成。这种双通道能量供给策略突破了生物合成的能量限制，实现了迄今大肠杆菌最高产氢速率，为高效、可持续的太阳能驱动高附加值化学品生物合成提供了新路径。

唐波教授研究团队致力于单颗粒、单分子原位成像分析。在国家重大科研仪器研制项目（22134004）的支持下，研制出单颗粒表面活性物种原位成像荧光检测仪，实现了微纳尺度材料表面电子重分布和活性位点动态重构行为的可视化，为研究材料表界面反应和微观机制解析提供了新仪器和新方法（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 46, 31456–31463）。