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光动力纳米生物消耗二氧化碳,制造环保塑料和燃料

Source: University of Colorado at Boulder

科罗拉多大学博尔德分校的研究人员已经开发出能够利用空气中的二氧化碳和氮来生产各种塑料和燃料的纳米生物杂交生物,这是朝着低成本的碳封存和环保的化学品制造迈出了有希望的第一步。

通过使用光激活量子点在微生物细胞内点燃特定的酶,研究人员能够创造出“活工厂”,它们可以吸收有害的二氧化碳,并将其转化为可生物降解的塑料、汽油、氨和生物柴油等有用的产品。

这项研究的主要作者、库博尔德化学和生物工程系的助理教授 Prashant Nagpal 说:“这项创新证明了生化过程的威力。”我们正在研究一种技术,它可以提高二氧化碳捕获能力,以应对气候变化,甚至有一天可能取代碳密集型塑料和燃料制造。”

该项目始于2013年,当时 Nagpal 和他的同事们开始探索纳米量子点的广泛潜力,纳米量子点是类似于电视机中使用的微小半导体。量子点可以被动地注入细胞中,被设计成与所需的酶结合并自组装,然后根据指令用特定波长的光激活这些酶。

Nagpal 想知道量子点是否可以充当火花塞,点燃微生物细胞内的特定酶,这些酶有能力转化空气中的二氧化碳和氮,但由于缺乏光合作用,自然不会这样做。

通过将特制的点扩散到土壤中常见微生物种类的细胞中,Nagpal和他的同事们填补了这个空白。现在,即使是少量的间接阳光也会激活微生物的二氧化碳食欲,而不需要任何能源或食物来进行能量密集型生化转换。

Nagpal 说:“每一个细胞都在制造数以百万计的这种化学物质,我们发现它们的天然产量可能会超过200%。

处于休眠状态的微生物将其产生的产物释放到表面,在那里它可以被撇去并收获用于制造。点和光的不同组合产生不同的产品:绿色波长导致细菌消耗氮并产生氨,而较红波长使微生物在CO 2上盛宴以产生塑料。

该过程还显示出能够大规模运作的有希望的迹象。该研究发现,即使微生物工厂一次激活数小时,它们也几乎没有消耗或耗尽的迹象,这表明细胞可以再生,从而限制了旋转的需要。

“我们非常惊讶它的效果和它一样优雅,”Nagpal说。 “我们刚刚开始使用合成应用程序。”

Nagpal说,理想的未来主义情景将是让单户住宅和企业将二氧化碳排放直接输送到附近的一个池塘,在那里微生物将它们转化为生物塑料。业主将能够以微薄的利润出售最终产品,同时基本上抵消了他们自己的碳足迹。

“即使利润很低,也不能在纯成本基础上与石化产品竞争,这样做仍然有社会效益,”Nagpal说。 “如果我们能够转换甚至一小部分当地沟渠池塘,它将对城镇的碳排放量产生相当大的影响。人们对实施的要求并不高。例如,许多人已经在家里制作啤酒,并且这并不复杂。“

他说,现在的重点将转向优化转换过程并引进新的本科生。 Nagpal希望将项目转换为秋季学期的本科实验室实验,由CU Boulder Engineering Excellence Fund资助。 Nagpal认为他现在的学生坚持多年的项目。

“这是一段漫长的旅程,他们的工作非常宝贵,”他说。“我认为这些结果表明这是值得的。”

The new study was recently published in the Journal of the American Chemical Society and was co-authored by Yuchen Ding and John Bertram of CU Boulder; Carrie Eckert of the National Renewable Energy Laboratory; and Rajesh Bommareddy, Rajan Patel, Alex Conradie and Samantha Bryan of the University of Nottingham (United Kingdom).

Story Source:

Materials provided by University of Colorado at Boulder. Original written by Trent Knoss. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Yuchen Ding, John R. Bertram, Carrie Eckert, Rajesh Reddy Bommareddy, Rajan Patel, Alex Conradie, Samantha Bryan, Prashant Nagpal. Nanorg microbial factories: Light-driven renewable biochemical synthesis using quantum dot-bacteria nano-biohybrids. Journal of the American Chemical Society, 2019; DOI: 10.1021/jacs.9b02549

University of Colorado at Boulder. "Light-powered nano-organisms consume carbon dioxide, create eco-friendly plastics and fuels." ScienceDaily. ScienceDaily, 11 June 2019.

原文链接:www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190611081905.htm

声明:本文由凯宝来编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。