Fig. 1. Schematisk över levande bio-abiotiska gränssnitt för fotokatalys av enstaka enzym till helcell. Kredit:SIAT
Semi-artificiell fotosyntes integrerar den höga selektiviteten hos levande biosystem och den breda ljusskörden av halvledande material, vilket möjliggör hållbar ljusdriven kemisk produktion. De bioabiotiska gränssnitten mellan levande celler och halvledare är nyckeln till semi-artificiell fotosyntes.
Genom cellmembranimmobilisering eller intracellulärt upptag av halvledare, ljusdriven fixering av CO2 till råvarukemikalier har uppnåtts. Medan den direkta kontakten skulle försämra levande celler, vilket försvårar deras hållbarhet.
Nyligen föreslog ett forskarlag under ledning av prof. Zhong Chao från Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) vid den kinesiska vetenskapsakademin användningen av fotokatalysatormineraliserade biofilmer som levande bioabiotiska gränssnitt för att implementera olika fotokatalytiska tillämpningar.
Forskningen publicerades i Science Advances den 7 maj.
Biofilmer är naturliga konsortier inbäddade i en slemmig extracellulär matris. På grund av sin överlägsna motståndskraft mot yttre miljöpåfrestningar har biofilmer använts för design av konstruerade levande material (ELM) med tillämpningar inom undervattensvidhäftning, immobilisering av katalysatorer och medicinsk terapi.
Forskarna antog E. coli biofilmer med amyloid curli fibrer. A7-peptider fusionerades först till curli-underenhet CsgA-protein för att skapa CsgAA7-nanofibrer. Den gav biofilmer förmåga att mineralisera på plats av CdS-nanopartiklar (NP).
Fig. 2. Karakterisering av fotokatalysatormineraliserade biofilmer. Kredit:SIAT
De fotokatalysatormineraliserade biofilmerna erhölls och användes direkt i fotokatalytiska tillämpningar efter odling. Genom segregering av CdS NP från bakterieceller kunde systemet behålla den katalytiska egenskapen samt lindra försämringen.
För att demonstrera resistensen hos biofilmer konstruerade forskare en annan stam för att visa A7-peptider på cellmembran, vilket möjliggjorde mineralisering av CdS NP på cellmembran. De fotokatalysatormineraliserade bakteriecellerna användes som kontroller. Efter bestrålning i 24 timmar var cellerna i fotokatalysatormineraliserade biofilmer nästan integrerade, medan kontrollerna uppvisade partiell skada eller till och med frakturer.
Fig. 3. Skyddseffekten av konstruerade biofilmer. Kredit:SIAT
"Resultaten indikerade ett biokompatibelt bio-abiotiskt gränssnitt av mineraliserade biofilmer", säger professor Zhong, motsvarande författare till studien, "det kan i princip främja hållbarheten av semi-artificiell fotosyntes."
Jämfört med planktonceller hade biofilmer större yta, starkare miljöbeständighet och enklare funktionalisering, vilket gjorde dem till överlägsna chassi för design av semi-artificiell fotosyntes.
"Den semi-artificiella fotosyntesen har potential att lösa framtida energi- och miljöproblem", säger professor Zhong. + Utforska vidare
