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该研究的主要作者包括Ela Eroglu、Paul K. Eggers、Matthew Winslade、Steven M. Smith和Colin L. Raston，分别来自西澳大利亚大学和弗林德斯大学的研究中心。该研究于2013年9月13日发表在《Green Chemistry》期刊上，题为“Enhanced accumulation of microalgal pigments using metal nanoparticle solutions as light filtering devices”。
该研究的主要科学领域为绿色化学和微藻生物技术。随着全球对可再生能源和生物质生产的关注增加，微藻因其在生物能源（如生物柴油和生物氢气）生产中的潜力而受到广泛关注。微藻不仅能捕获二氧化碳并将其转化为还原碳源，还能生产高附加值的化学物质，如叶绿素和类胡萝卜素，这些物质在医药、食品、化妆品和水产养殖中具有重要应用。因此，如何提高微藻色素的经济生产规模成为研究的重点。
光合作用生物体的色素积累与光照条件直接相关。微藻主要吸收紫蓝光和红光（400-700 nm），其中叶绿素a和叶绿素b分别吸收不同的波长范围。此外，类胡萝卜素（如β-胡萝卜素、虾青素和叶黄素）也能吸收紫蓝光。为了提高微藻的光合效率，研究者提出了利用金属纳米颗粒的局部表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR）作为特定波长的光过滤器，以增强微藻色素的积累。
该研究分为以下几个主要步骤：
纳米颗粒的制备与表征
研究者合成了球形银纳米颗粒和不同长径比的金纳米棒。银纳米颗粒通过硝酸银与硼氢化钠在2°C下反应制备，其LSPR峰位于404 nm。金纳米棒则通过调整硝酸银的用量控制其长径比，分别制备了LSPR峰位于642 nm、662 nm和710 nm的三种金纳米棒。通过透射电子显微镜（TEM）对纳米颗粒的形貌和尺寸进行了表征，银纳米颗粒的平均直径为10 nm，金纳米棒的长度和宽度分别为30-35 nm和10-14 nm。
光过滤装置的构建
研究者设计了一种光生物反应器，将微藻培养瓶置于含有纳米颗粒溶液的玻璃烧杯中，烧杯的侧面和底部用黑纸包裹，以避免全光谱光直接照射微藻。这种设计通过纳米颗粒的LSPR效应，将特定波长的光散射回微藻培养瓶，从而增强色素的形成。为了验证纳米颗粒的效果，研究者设置了两种对照组：一种是完全包裹黑纸的对照组，另一种是无任何处理的对照组。
微藻培养与色素测量
实验使用野生型Chlorella vulgaris微藻，在25°C下以75 rpm的转速进行振荡培养，光照周期为16小时光照/8小时黑暗。每隔两天取1 mL培养液，用甲醇提取微藻色素，并通过分光光度法测量总叶绿素（叶绿素a + 叶绿素b）和总类胡萝卜素的含量。所有实验均进行三次重复，结果以误差棒形式展示。
纳米颗粒对色素积累的影响
实验结果表明，使用纳米颗粒的光生物反应器在16天后显著提高了叶绿素和类胡萝卜素的积累。与对照组相比，纳米颗粒反应器的色素含量显著增加。特别是同时散射紫蓝光和红光的纳米颗粒混合物（如404-642 nm、404-662 nm和404-710 nm）显示出最高的色素积累，这与微藻天然的双峰吸收光谱一致。
红光与蓝光的差异效应
研究发现，红光（如710 nm）对色素积累的促进作用显著强于蓝光（如404 nm）。尽管波长超过700 nm的光通常被认为对光合作用无效，但金纳米棒的LSPR峰在710 nm时仍能有效促进色素形成，这可能是由于其吸收光谱在650 nm和680 nm附近的重叠，这些波长对叶绿素a和叶绿素b的形成至关重要。
与镍(II)氯化物溶液的对比
为了进一步验证LSPR散射与标准吸收的区别，研究者使用镍(II)氯化物溶液作为对照组。结果显示，镍(II)氯化物溶液的色素积累显著低于纳米颗粒反应器，表明LSPR散射在特定波长下的光过滤效应对微藻色素积累具有显著促进作用。
该研究通过利用金属纳米颗粒的LSPR效应，开发了一种新型的光生物反应器，能够显著提高微藻色素的积累。这一方法不仅为高附加值色素的生产提供了新的技术途径，还为可持续生物技术的发展提供了重要参考。此外，纳米颗粒的重复使用性和稳定性进一步增强了该技术的应用潜力。
创新性的光过滤装置
该研究首次将金属纳米颗粒的LSPR效应应用于微藻培养，通过特定波长的光散射显著提高了色素积累。
红光与蓝光的差异效应
研究发现红光对色素积累的促进作用显著强于蓝光，这为未来优化微藻培养条件提供了重要依据。
与镍(II)氯化物溶液的对比
通过对比实验，研究者进一步验证了LSPR散射在微藻色素积累中的独特优势，为该技术的应用提供了坚实的实验基础。
该研究还探讨了纳米颗粒的重复使用性，表明其在多次循环实验中仍能保持稳定性能。此外，研究者提出了该方法在医药、材料科学和其他光合微生物中的应用潜力，为未来研究提供了广阔的方向。