【科技自立自强】西安交大科研团队在光驱动甲烷生物制氢范畴获得重要发展

  在全球面对日益加剧的动力危机和环境退化的布景下，开发使用可再次出产的动力的可继续渠道关于推进绿色制作和高效减碳至关重要。嗜甲烷菌，这种以温室气体甲烷为仅有碳源的微生物，其在温文条件下将甲烷转化为燃料和化学品的才能，为缓解温室效应和应对化石燃料干涸供应了新的方向。嗜甲烷菌的甲烷氧化和同化进程依赖于呼吸链供应的电子，而细胞内复原力的供应和传递功率是约束其成长速率和产品组成功率的重要的条件。使用可再次出产的动力驱动的电子供应来补偿微生物胞内的能量和电子缺乏，经过向生物系统供应复原力来强化其能量和物质代谢，是一种进步嗜甲烷菌生物转化甲烷功率的可行办法。

  西安交通大学科研团队提出将光驱动系统应用于嗜甲烷菌细胞工厂，构建了一种全新的生物杂化系统，经过光电转换为细胞电子传递体和代谢途径传递复原力，有用增强了甲烷的生物使用功率。科研团队开发了嗜甲烷菌和光敏剂的原位耦合催化系统，完成光生电子强化胞内复原力供应，并根据牺牲剂生物组成规划自激活战略，增强甲烷生物使用和氢气出产功率，为推进可再次出产的动力高效使用和完成“双碳”方针供应了一条立异途径。

  在这项研讨中，研讨团队成功开发了一种太阳能自驱动的生物杂化系统，完成了从甲烷到氢气的高效转化。经过组成生物学技术改造嗜甲烷菌底盘细胞，明显地增强了静息催化系统中的产氢功能，产值较野生株进步了10倍。研讨团队使用前期开发的水溶性含硫紫精衍生物（S-MV2+），在可见光照下，该资料作为光敏剂和电子介质，其电流密度较甲基紫精进步了4倍，电荷转移电阻下降至1290 Ω，展现出快速光激起和杰出的电荷别离功能，在坚持较低的细菌毒性的一起可以进入胞内进行光催化进程。经过代谢工程按捺工程菌株中甲醇的进一步氧化，完成了人工定向调控甲烷生物组成甲醇，并作为牺牲剂用于光敏剂出产电子和复原力，继续强化生物制氢和甲烷氧化。终究，经过整合紫精衍生物和嗜甲烷菌静息细胞，初次完成了根据可再次出产的动力的自驱动甲烷生物制氢系统。该研讨不只展现了光催化赋能嗜甲烷菌强化甲烷生物转化的潜力，而且为牺牲剂的再生自驱动生物杂化系统供应了全新战略，为环境管理和动力收回范畴带来了革命性的科学含义。

  该研讨成果以《嗜甲烷菌中的自激活光驱动生物杂化制氢系统》（A De Novo Auto-Activated Solar-Driven Biohybrid System for Hydrogen Production in Methanotrophic Cells）为题，在世界闻名学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上以Hot Paper宣布。西安交通大学为仅有通讯单位，化工学院博士生焦子悦、副教授郭树奇和前沿院副教授李国平为一起榜首作者，前沿院何刚教授和化工学院费强教授为一起通讯作者。该研讨得到了国家自然科学基金、高等学校学科立异引智方案、陕西省科学基金等项目的支撑。