科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究人員開發(fā)出能夠利用空氣中的二氧化碳和氮?dú)馍a(chǎn)各種塑料和燃料的納米生物雜交生物，這是邁向低成本碳封存和化學(xué)品生態(tài)友好型制造的有希望的第一步。

通過使用光活化的量子點(diǎn)火的微生物細(xì)胞內(nèi)的特定的酶，研究人員能夠創(chuàng)建“活工廠”即吃有害CO 2并將其轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品，如可生物降解的塑料，汽油，氨和生物柴油。

(資料圖片僅供參考)

“這項(xiàng)創(chuàng)新證明了生物化學(xué)過程的力量，”該研究的第一作者，CU博爾德化學(xué)與生物工程系的助理教授Prashant Nagpal說?！拔覀冋趯ふ业氖强梢蕴岣逤O的技術(shù)2捕獲到應(yīng)對氣候變化，有一天甚至可能取代碳密集型制造塑料和燃料?！?/p>

該項(xiàng)目于2013年開始，當(dāng)時(shí)Nagpal和他的同事開始探索納米級量子點(diǎn)的廣泛潛力，納米級量子點(diǎn)是類似于電視機(jī)中使用的微小半導(dǎo)體。量子點(diǎn)可以被動(dòng)地注入細(xì)胞，并被設(shè)計(jì)成附著和自組裝成所需的酶，然后使用特定波長的光命令激活這些酶。

Nagpal希望看到量子點(diǎn)是否可以作為火花塞來激發(fā)微生物細(xì)胞內(nèi)的特定酶，這些酶具有轉(zhuǎn)化空氣中的CO 2和氮的手段，但由于缺乏光合作用而不能自然地這樣做。

通過將專門定制的點(diǎn)擴(kuò)散到土壤中常見微生物種類的細(xì)胞中，Nagpal和他的同事彌合了這一差距?，F(xiàn)在，曝光即使少量間接的陽光會(huì)激活這種微生物的CO 2的胃口，而不需要能源和食品的任何源開展高耗能的生物化學(xué)轉(zhuǎn)換。

“每個(gè)細(xì)胞都在制造數(shù)百萬種這些化學(xué)物質(zhì)，我們發(fā)現(xiàn)它們的天然產(chǎn)量可能會(huì)超過200%，”Nagpal說。

處于休眠狀態(tài)的微生物將其產(chǎn)生的產(chǎn)物釋放到表面，在那里它可以被撇去并收獲用于制造。點(diǎn)和光的不同組合產(chǎn)生不同的產(chǎn)品：綠色波長導(dǎo)致細(xì)菌消耗氮并產(chǎn)生氨，而較紅波長使微生物在CO 2上盛宴以產(chǎn)生塑料。

該過程還顯示出能夠大規(guī)模運(yùn)作的有希望的跡象。該研究發(fā)現(xiàn)，即使微生物工廠一次激活數(shù)小時(shí)，它們也幾乎沒有消耗或耗盡的跡象，這表明細(xì)胞可以再生，從而限制了旋轉(zhuǎn)的需要。

“我們非常驚訝它的效果和它一樣優(yōu)雅，”Nagpal說?！拔覀儎倓傞_始使用合成應(yīng)用程序。”

理想的未來情景，Nagpal說，將有單戶家庭和企業(yè)管他們的CO 2直接排放到附近的貯存池塘，其中微生物將它們轉(zhuǎn)化為生物塑料。業(yè)主將能夠以微薄的利潤出售最終產(chǎn)品，同時(shí)基本上抵消了他們自己的碳足跡。

“即使利潤很低，也不能在純成本基礎(chǔ)上與石化產(chǎn)品競爭，這樣做仍然有社會(huì)效益，”Nagpal說?！叭绻覀兡軌蜣D(zhuǎn)換甚至一小部分當(dāng)?shù)販锨靥粒鼘Τ擎?zhèn)的碳排放量產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。人們對實(shí)施的要求并不高。例如，許多人已經(jīng)在家里制作啤酒，并且這并不復(fù)雜。“

他說，現(xiàn)在的重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向優(yōu)化轉(zhuǎn)換過程并引進(jìn)新的本科生。Nagpal希望將項(xiàng)目轉(zhuǎn)換為秋季學(xué)期的本科實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，由CU Boulder Engineering Excellence Fund資助。Nagpal認(rèn)為他現(xiàn)在的學(xué)生堅(jiān)持多年的項(xiàng)目。

“這是一段漫長的旅程，他們的工作非常寶貴，”他說?！拔艺J(rèn)為這些結(jié)果表明這是值得的。”

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