在美国能源部（DOE）的阿贡国家实验室的一项研究中，科学家通过微弱相互作用将金银纳米棒混合在一起的自发自组装，创造了细胞状的空心胶囊结构。 通过用称为细菌视紫红质的光敏膜蛋白包裹这些胶囊的壁，研究人员能够将质子从人造细胞内部单向引导到外部环境。

       这项研究的通讯作者阿贡纳（Argonne）纳米科学家埃琳娜·罗兹科娃（Elena Rozhkova）表示：“自然利用分隔来完成生物学功能，因为它使化学反应所需的成分紧密结合在一起。” ``我们的目标是复制自然，但使用无生命的材料来探测细胞如何完成其??生物学任务。''

      由于细菌视紫红质以定向的方式排列在胶囊表面，因此细菌视紫红质泵出的质子最终会形成电化学梯度，其中高质子浓度区域会在细胞外部形成。

      根据Rozhkova的说法，这项研究的关键在于将产生质子的一组人造细胞与另一组独特的人造细胞相结合。这些细胞包含使用质子梯度产生称为ATP的分子的分子动力机械，该分子众所周知是生物系统中能量货币的基本单位。 Rozhkova说：``我们在暴露于可见光后以生物学上显着的浓度测量了ATP。''

      这项研究的第一作者，博士后研究员陈兆伟补充说：“整个想法是，您有两个相互通信的系统。” ``一个对光做出反应并抽出质子，而另一个使用该质子梯度产生ATP，将光转换为存储在化学键中的能量。''

       根据Rozhkova的说法，质子梯度仅代表可以使用这些人造细胞创建的电化学信号传导途径的一个例子。 她说：``可以想见，您可以将钠离子或钙离子作为交换介质。

      无机载体的另一个好处是金属纳米粒子像透镜一样聚焦并放大了集光蛋白附近的入射光，从而增强了生物学功能。

      除了在美国能源部科学用户设施办公室Argonne的纳米级材料中心进行的实验工作之外，Argonne的研究人员还模拟了人造细胞的光子特性及其组装方式。

      通过使用质子作为可交换离子，科学家们能够构建一条途径，使两组不同的人造细胞可以进行交流。 Argonne生物物理学家Philip Laible说：``通过使用简约的人造细胞，我们几乎去除了所有主要的细胞功能，只剩下了通讯和合成能量丰富的载体分子所需的基本功能。''研究。

      当科学家试图重现更复杂的生物功能系统时，利用生物启发性材料对细胞通信进行建模的想法特别受关注。 Argonne纳米科学家Chris Fry补充说：``我们对未来实验的一些想法涉及扩展这些胶囊，使其类似于人工神经元。