磁铁矿是自然界中广泛存在的矿物之一,其与互营微生物间的直接接触过程中常常伴随发生不同的电子传递“策略机制”,从而直接或间接地提升了微生物的种间电子传递(interspecific electron transfer,IET)过程,有助于互营微生物间的共生长...磁铁矿是自然界中广泛存在的矿物之一,其与互营微生物间的直接接触过程中常常伴随发生不同的电子传递“策略机制”,从而直接或间接地提升了微生物的种间电子传递(interspecific electron transfer,IET)过程,有助于互营微生物间的共生长及代谢.这种效应将促进一些环境新能源的可再生应用.系统综述了基于磁铁矿促进强化IET过程中的主要作用机制:(1)磁铁矿具有良好的氧化还原特性,可作为储存电子的“环境电池”;(2)磁铁矿表现出良好的导电性,可与OmcS蛋白具有等同效应;(3)磁铁矿对微生物具有特定的生理应激效应,可刺激胞外聚合物的分泌并激活与电子相关的酶活性等.概述了现阶段磁铁矿作为一种廉价的介导材料用于提升IET的环境应用,特别是在强化生物甲烷应用实现二氧化碳减排、微生物脱氯、脱氮及厌氧氧化甲烷等生物工程应用领域中具有无限潜力.针对现阶段应用磁铁矿提升IET环境过程中存在的不足,提出:(1)将磁铁矿作填充床,作为内置厌氧消化装置;(2)对磁铁矿进行修饰/改性,降低铁流失从而提高其稳定性.未来工作将聚焦在结合多组学、同位素标记及搭建可行的方法体系,解析磁铁矿强化直接IET(DIET)作用机制,并深入探究磁铁矿的铁磁效应及促进DIET过程的关联效应.展开更多
传统的电活性微生物(Electro-Active Bacteria,EAB)主导的胞外电子传递(Extracellular Electron Transfer,EET)效率较低,极大程度地限制了微生物电催化在环境及工业中的应用。为打破这一瓶颈,近年来多国科学家尝试开发先进的催化材料以...传统的电活性微生物(Electro-Active Bacteria,EAB)主导的胞外电子传递(Extracellular Electron Transfer,EET)效率较低,极大程度地限制了微生物电催化在环境及工业中的应用。为打破这一瓶颈,近年来多国科学家尝试开发先进的催化材料以强化生物电催化体系(Bio-Electrocatalytic System,BES)中的电子传递效能。借用材料科学、电微生物学及合成生物学技术等多学科手段尝试将传统无机催化材料及电活性微生物进行理性优化,将有望强化电子的传递通量和效率。这种优化升级推动了传统单一的无机催化材料向活体生物催化材料过渡,并有望朝着向更精细化、智能可控的先进材料升级改造,也为拓展先进材料的规模化应用提供更有利的技术支撑。本文对现阶段几种强化EET的有效手段用以有效构筑BES展开综述,包括了微生物-石墨烯改性复合材料、原位杂化光催化半导体材料自组装微生物、核/壳装配的生物材料及接种基因工程菌等内容,最后总结了微生物活体生物材料所面临的挑战及未来在环境应用中所面临的机遇。展开更多
文摘磁铁矿是自然界中广泛存在的矿物之一,其与互营微生物间的直接接触过程中常常伴随发生不同的电子传递“策略机制”,从而直接或间接地提升了微生物的种间电子传递(interspecific electron transfer,IET)过程,有助于互营微生物间的共生长及代谢.这种效应将促进一些环境新能源的可再生应用.系统综述了基于磁铁矿促进强化IET过程中的主要作用机制:(1)磁铁矿具有良好的氧化还原特性,可作为储存电子的“环境电池”;(2)磁铁矿表现出良好的导电性,可与OmcS蛋白具有等同效应;(3)磁铁矿对微生物具有特定的生理应激效应,可刺激胞外聚合物的分泌并激活与电子相关的酶活性等.概述了现阶段磁铁矿作为一种廉价的介导材料用于提升IET的环境应用,特别是在强化生物甲烷应用实现二氧化碳减排、微生物脱氯、脱氮及厌氧氧化甲烷等生物工程应用领域中具有无限潜力.针对现阶段应用磁铁矿提升IET环境过程中存在的不足,提出:(1)将磁铁矿作填充床,作为内置厌氧消化装置;(2)对磁铁矿进行修饰/改性,降低铁流失从而提高其稳定性.未来工作将聚焦在结合多组学、同位素标记及搭建可行的方法体系,解析磁铁矿强化直接IET(DIET)作用机制,并深入探究磁铁矿的铁磁效应及促进DIET过程的关联效应.
文摘传统的电活性微生物(Electro-Active Bacteria,EAB)主导的胞外电子传递(Extracellular Electron Transfer,EET)效率较低,极大程度地限制了微生物电催化在环境及工业中的应用。为打破这一瓶颈,近年来多国科学家尝试开发先进的催化材料以强化生物电催化体系(Bio-Electrocatalytic System,BES)中的电子传递效能。借用材料科学、电微生物学及合成生物学技术等多学科手段尝试将传统无机催化材料及电活性微生物进行理性优化,将有望强化电子的传递通量和效率。这种优化升级推动了传统单一的无机催化材料向活体生物催化材料过渡,并有望朝着向更精细化、智能可控的先进材料升级改造,也为拓展先进材料的规模化应用提供更有利的技术支撑。本文对现阶段几种强化EET的有效手段用以有效构筑BES展开综述,包括了微生物-石墨烯改性复合材料、原位杂化光催化半导体材料自组装微生物、核/壳装配的生物材料及接种基因工程菌等内容,最后总结了微生物活体生物材料所面临的挑战及未来在环境应用中所面临的机遇。