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光動力納米生物消耗二氧化碳，制造環(huán)保塑料和燃料

   2019-06-13 5510
核心提示：科羅拉多大學——科羅拉多大學博爾德分校(University of Colorado Boulder)的研究人員開發(fā)出了納米生物混合生物，能夠利用空氣中的二氧化碳和氮生產(chǎn)各種塑料和燃料，這是朝著低成本固碳和環(huán)?；瘜W品制造邁出的有希望的第一步。


科羅拉多大學——科羅拉多大學博爾德分校(University of Colorado Boulder)的研究人員開發(fā)出了納米生物混合生物，能夠利用空氣中的二氧化碳和氮生產(chǎn)各種塑料和燃料，這是朝著低成本固碳和環(huán)?；瘜W品制造邁出的有希望的第一步。

通過使用光激活量子點激發(fā)微生物細胞內(nèi)的特定酶，研究人員能夠創(chuàng)建“活工廠”，以有害的二氧化碳為食，并將其轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品，如可生物降解塑料、汽油、氨和生物柴油。

“這項創(chuàng)新證明了生化過程的力量，”該研究的第一作者、科羅拉多大學博爾德分?；瘜W與生物工程系助理教授普拉桑特·納格帕爾(Prashant Nagpal)說?！拔覀冋谘芯恳环N技術(shù)，可以提高二氧化碳捕捉能力，以應對氣候變化，甚至有一天可能取代塑料和燃料的碳密集型制造?！?/div>

該項目始于2013年，當時納格帕爾和他的同事們開始探索納米量子點的廣泛潛力。量子點可以被動地注入細胞，并被設(shè)計用來附著和自組裝所需的酶，然后根據(jù)指令使用特定波長的光激活這些酶。

納格帕爾想知道量子點是否可以作為一個火種塞，點燃微生物細胞內(nèi)的特定酶，這些酶有能力轉(zhuǎn)化空氣中的二氧化碳和氮，但由于缺乏光合作用，它們無法自然轉(zhuǎn)化。

納格帕爾和他的同事們將這些特別定制的點擴散到土壤中常見微生物的細胞中，填補了這一空白?，F(xiàn)在，即使是少量的間接陽光照射也會激活微生物對二氧化碳的食欲，而不需要任何能源或食物來進行高能量的生化轉(zhuǎn)化。

納格帕爾說:“每個細胞都在制造數(shù)以百萬計的這種化學物質(zhì)。我們的研究表明，這些化學物質(zhì)的產(chǎn)量可能比它們的自然產(chǎn)量高出近200%?！?/div>

這些潛伏在水中的微生物會將它們的產(chǎn)物釋放到水面，在那里它們可以被撇去并收獲用于生產(chǎn)。不同的點和光的組合產(chǎn)生不同的產(chǎn)物:綠色波長使細菌消耗氮和產(chǎn)生氨，而紅色波長使微生物以二氧化碳為食，產(chǎn)生塑料。

這一過程也顯示出有希望大規(guī)模運作的跡象。研究發(fā)現(xiàn)，即使微生物工廠連續(xù)幾個小時被激活，它們也幾乎沒有顯示出衰竭或耗盡的跡象，這表明細胞可以再生，從而限制了旋轉(zhuǎn)的需要。

納格帕爾說:“我們非常驚訝，它竟然能如此優(yōu)雅地工作?！薄拔覀儾艅倓傞_始進行合成應用?！?/div>

納格帕爾說，理想的未來設(shè)想是，讓單戶家庭和企業(yè)將二氧化碳排放直接輸送到附近的蓄水池，在那里微生物將它們轉(zhuǎn)化為生物塑料。所有者將能夠以小額利潤出售最終產(chǎn)品，同時基本上抵消他們自己的碳足跡。

納格帕爾表示:“即使利潤率很低，而且單純從成本上看，它無法與石化產(chǎn)品競爭，但這樣做仍有社會效益。”“如果我們能夠改造當?shù)匾恍〔糠譁锨靥?，就會對城?zhèn)的碳排放產(chǎn)生相當大的影響。它不會要求人們執(zhí)行太多。例如，許多人已經(jīng)在家里釀造啤酒，而這并不復雜?！?/div>

他說，現(xiàn)在的重點將轉(zhuǎn)移到優(yōu)化轉(zhuǎn)換過程和培養(yǎng)新的本科生上。納格帕爾希望在秋季學期將該項目轉(zhuǎn)化為本科生實驗室實驗，由科羅拉多大學博爾德工程卓越基金(CU Boulder Engineering Excellence Fund)資助。納格帕爾認為，他現(xiàn)在的學生多年來一直堅持這個項目。

“這是一個漫長的旅程，他們的工作是無價的，”他說。“我認為這些結(jié)果表明這是值得的。”

這項新研究最近發(fā)表在《美國化學學會雜志》(Journal of The American Chemical Society)上，由銅博爾德的丁宇晨(Yuchen Ding)和約翰·伯特倫(John Bertram)合著;國家可再生能源實驗室的Carrie Eckert;諾丁漢大學的Rajesh Bommareddy, Rajan Patel, Alex Conradie和Samantha Bryan。

 
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