矿化生物膜作为单酶到全细胞光催化应用的生物-半导体兼容界面
2022-11-21
摘要：本文展示了使用生物膜基质构建生物相容性界面，并为未来的可持续光催化应用建立了概念证明
DOI：10.1126/sciadv.abm7665
杂志：Science Advances
Online：May 2022
通讯作者：钟超，上海科技大学
研究背景
研究摘要
研究内容
在具体的研究当中，研究人员首先对CsgA进行了合成生物学改造，将矿化短肽A7和CsgA蛋白融合表达并分泌，赋予生物被膜原位矿化的能力。如图1所示，通过在生物被膜表面原位矿化CdS纳米颗粒，获得了光催化剂矿化的生物被膜。结合纯化的异亮氨酸脱氢酶或胞内表达的甲酸脱氢酶，可以实现从单酶到全细胞的光催化反应体系。
研究内容三：矿化生物被膜实现重要辅酶NADH的再生
在光照条件下，矿化生物被膜可以实现重要辅酶NADH的再生。通过异亮氨酸脱氢酶（LDH）的加入，就可以利用光能将三甲基丙酮酸还原，选择性的生成L-异亮氨酸。研究人员进一步通过工程改造，实现了大肠杆菌同时表达生物被膜和甲酸脱氢酶，使工程大肠杆菌具备矿化和固定二氧化碳的能力。利用碳酸氢钠作为二氧化碳的来源，成功实现了光催化还原二氧化碳生成甲酸的概念验证。与化学合成的CdS纳米颗粒相比，矿化的CdS表现出了更优异的催化效率。可能的原因是因为化学合成的纳米颗粒需要配体来稳定，从而阻碍了活性位点的暴露。
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