研讨构建一套无机半导体资料赋能年夜肠杆菌光驱动产氢系统

近日，中国迷信院深圳先进技术研讨院合成所副研讨员王博团队结合江苏年夜学传授姜志锋、香港中文年夜学传授Po Keung Wong构建了一套繁难高效的无机半导体资料（碘掺杂水热碳，I-HTCC）“外挂式”赋能年夜肠杆菌光驱动产氢系统，并以Interfacing iodine-doped hydrothermally carbonized carbon with Escherichia coli through an “add-on” mode for enhanced light-driven hydrogen production为题，在线颁发在Advanced Energy Materials上。香港中文年夜学博士研讨生肖可蒙为论文第一作者，王博、姜志锋和Po Keung Wong为论文独特通信作者。

因为动力和情况危机日益加剧，增强对太阳能等清洁动力的无效应用与转化成为完成人类社会可继续倒退的紧张倒退偏向之一。基于此，半人工光合畛域应运而生，该系统联合了半导体资料对光能的高效捕捉才能及生物的高选择催化才能，无效排汇太阳能发生光生电子或还原力以驱动生物体内高附加代价产品的代谢。今朝，该系统的构建次要依赖于微生物本身矿化或许内吞作用，完成金属半导体资料如硫化物的堆积及量子点资料的排汇。鉴于重金属离子的毒性和金属半导体资料的光侵蚀性，以有机资料/微生物为代表的杂化系统存在情况隐患的同时，负载效率和物资代谢才能也遭到重金属离子毒性的限定。

以碳基资料为代表的无机资料具有较好的生物兼容性，理化性子稳定，但存在光能捕捉效率较低和光生载流子复合快的成绩。通过碘的掺杂作用，水热碳具有了常碳基资料劣势，并领有优越的全光谱排汇和光生电子迁徙才能。此外，碘掺杂水热碳可由一系列碳水化合物先驱体，如蔗糖、淀粉、稻草和植物粪便等水热合成且无温室气体的排放。这些个性使得碘掺杂水热碳成为昂贵高效的微生物伴生光驱资料。

化能异养微生物年夜肠杆菌当选为该系统的微生物工场，一方面因为年夜肠杆菌成熟的基因操作技术赋予其产品多样性的特色；另一方面其清晰的代谢通路有助于研讨资料微生物界面能量电子迁徙的成绩，后者是半人工光合畛域尚未攻克的难题之一。为降服上述提出的生物矿化和内吞作用对微生物的影响，该研讨采取普适便捷的“外挂式”自组装方式，通过改性微生物外表电荷，使其与带负电荷的碘掺杂水热碳通过静电吸附疾速联合，在光照下完成光生电子的无效迁徙。该办法突破了资料和微生物本身的局限，可依据试验需求设计分歧半导体资料和微生物的高效组合系统。自组装的I-HTCC@E.coli系统产氢效率相比于纯年夜肠杆菌暗中发酵系统显明进步，完成了非光合微生物年夜肠杆菌在光照下的高效氢能转化，量子效率高达9.11%，远高于普通光合微生物（ 3%）。

该研讨进一步阐发了光生电子迁徙途径以及对年夜肠杆菌产氢代谢的调控难题。试验成果标明，碘掺杂水热碳的光生电子次要通过间接通报和NAD+/NADH介导的直接通报作用被微生物应用。迁徙到微生物体内的光生电子次要通过一种玄妙的模式正反应调理年夜肠杆菌的甲酸产氢路径和NADH产氢路径的底物以进步年夜肠杆菌的氢能转化效率。该系统异样具有了较好的光稳定性和普适性，可利用于分歧碳基资料，对年夜肠杆菌产氢均显示了分歧水平的匆匆进作用。(100yiyao.com）