材料-生物杂化体的光驱生物催化

材料-生物杂化体的光驱生物催化,又称为半人工光合作用,利用高效捕获光能的材料与高选择性的生物催化相结合,从而实现光能到化学能高效、高特异性的转化。天然光合系统光能到化学能的转换效率低,进而发展了光能捕获和转换效率更高的人工光合作用,然而人工光合系统很难实现特异性合成高能量密度、高附加值的多碳化合物。基于材料-生物杂化体构建的半人工光合作用,同时具备材料和生物系统两者的优势,实现优势互补,为光能到化学能的转化提供新的机遇和应用。本文详细介绍了材料-生物杂化体的构建方式,杂化体通过光吸收剂与催化剂进行复合,其复合方式包括以天然光系统作为光吸收剂与纳米催化剂相结合,和以材料作为光吸收剂与酶或微生物全细胞催化剂相结合;分别总结不同复合方式的研究进展、不同系统之间的优缺点以及不同杂化体的应用方向,并对未来发展方向进行了展望。

原位生成砒霜的生物杂化体的制备及其体内外抗肝细胞癌评价

目的制备一种原位生成砒霜的生物杂化体(CeAs-Bac),并评价其体内外抗肝细胞癌效果。方法用静电吸附法和原位矿化法制备CeAs-Bac,并通过透射电镜、扫描电镜、马尔文粒径仪和X射线光电子能谱评价其外观形貌、电位及元素组成;采用透析袋法和X射线光电子能谱考察CeAs-Bac的体外释放和释放前后砷(As)价态变化;以吲哚菁绿为荧光标记物考察HepG2摄取情况;采用MTT、活/死细胞染色法和Annexin V-FITC凋亡试剂盒分别考察CeAs-Bac的细胞毒性和凋亡情况;建立H22肝癌小鼠模型考察CeAs-Bac的体内抗肿瘤效果。结果成功制备了生物杂化体CeAs-Bac,透射电镜和扫描电镜结果表明砷铈(Ce)化合物紧密附着在希瓦氏菌表面,且修饰Ce和As后细菌表面电位由(−32.2±2.05)mV变为(−15.3±0.81)mV,As装载效率为60.6%;体外释放显示CeAs-Bac具有乳酸响应性释放的特点,且能在乳酸存在条件下生成砒霜;细胞实验结果证明CeAs-Bac对HepG2具有较高细胞毒性,并可诱导HepG2细胞凋亡;体内抗肿瘤结果显示CeAs-Bac可有效靶向肿瘤部位,抑制肿瘤生长,并促进肿瘤组织坏死。结论本研究成功制备了具有乳酸响应性释放及原位生成砒霜特点的生物杂化体CeAs-Bac,其能够有效降低砒霜在应用过程中的不良反应,实现肝细胞癌的安全有效治疗。

以光催化材料构建的生物杂化体驱动氮循环的研究进展

氮是地球上的生物体必不可少的元素,它以不同的形态在生物圈中不断地循环转化。以光催化材料构建的生物杂化体是近年来产生的一种新的体系,它将光催化物质和电活性微生物结合起来,集成了光催化剂优异的光捕获性能,产生电子及生物高效的催化能力。因此,研究该体系在氮循环中如何发挥作用及相关机制等方面具有重要的意义。本文介绍了微生物氮循环和生物杂化体驱动的氮循环过程,重点阐述并总结了以光催化材料构建的生物杂化体驱动氮循环的几种类型、优缺点及电子传递的相关机制,并从光催化材料的性质、微生物的性质,以及如何复合光催化材料及微生物3个方面提出了今后发展的方向。

人工多元产甲烷系统的设计与构建研究进展

随着厌氧消化技术的兴起,生物甲烷作为一种供热与发电的优质能源被广泛关注。废弃物厌氧消化制备生物甲烷至少涉及4个阶段的复杂过程,存在着周期长、转化效率低和能耗高等3个主要技术瓶颈,高效的生物甲烷转化需要更深刻的微观机制剖析和更合理的反应体系设计。从传统混菌厌氧消化技术存在的潜在问题出发,总结了人工生物互营产甲烷体系的特征,阐释了混菌厌氧消化系统的种间电子传递机制,同时提出运用先进合成生物学策略构建高效的产甲烷微生物,解析了电极、半导体元件引入厌氧多细胞产甲烷系统形成新型甲烷光电转化策略的优势,为构建高效稳定的人工多元产甲烷多细胞系统提供理论指导和技术支撑。