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中国科学家利用细菌生物被膜开发可持续半人工光合体系


时间:2022-06-13  来源:  作者:  点击次数:


图:光催化剂矿化活体生物被膜构建半人工光合作用体系示意图

图片:图片:光触媒矿化活性生物膜构建半人工光合作用系统。随着全球能源和环境问题的加剧,可再生清洁能源的发展,尤其是太阳能的转化和利用,已经引起了全球研究者的关注。或者植物和藻类通过光合作用利用光能将二氧化碳和水转化为有机物。近几年诞生的半人工光合作用原理与之类似。它结合了生物体系的高产物选择性和半导体材料优异的光吸收性,可以实现太阳能驱动的燃料分子和各种有用化学品的生产。

半人工光合作用系统通常使用半导体作为吸光材料。但反应过程中存在一系列问题,如吸光材料与生物细胞不相容,导致反应体系稳定性差,光能利用效率差,细胞再生和循环困难等。因此,如何构建一个牢固友好的生物半导体兼容界面一直是该领域的重要挑战之一。

近日,中科院深圳先进技术研究院研究团队在《Science Advances》上发表了题为《光触媒矿化生物膜作为单酶到全细胞光催化AP的活生物-生物界面》的论文。PLIS”的研究论文,利用工程大肠杆菌生物膜的原位矿化,构建了一个全新的生物半导体兼容界面,并在此基础上实现了从单酶到全细胞规模的循环光催化反应。

首先,研究人员对大肠杆菌CsgA进行了合成生物修饰,融合表达了矿化肽A7和CsgA蛋白,赋予了生物膜原位矿化的能力。如图,硫化镉纳米颗粒(CdS纳米颗粒)在生物膜表面原位矿化,得到光触媒矿化生物膜。进一步的光电性能表征和光控实验表明,生物膜矿化的CdS保持了半导体性能,同时,生物膜将半导体材料与细胞物理隔离,可以起到保护细胞的作用。

这项研究显示了无机材料和生物系统的无缝集成。未来通过进一步改造微生物的代谢途径,可以产生高附加值的经济化学分子。由于微生物系统具有自我再生能力,生物膜系统易于放大生产,该方法有望为实现可持续的大规模光催化应用提供新思路。

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm7665

注:本研究结果摘自《Science Advances》杂志。文章内容不代表本网观点和立场,仅供参考。


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