在基因工程改造的硫化镉/大肠杆菌生物杂种中利用光能驱动的氢气生产

《ACS Applied Nano Materials》：Light-Driven Hydrogen Production in Genetically Engineered Cadmium Sulfide/Escherichia coli Biohybrids

研究通过基因工程优化大肠杆菌生物沉淀制备CdS纳米颗粒，结合异源表达的氢酶实现光驱动产氢，量子产率达0.45%，验证基因工程对材料形成与能量转化效率的双重提升作用。

　　

基于整个细胞的生物杂化体将半导体纳米材料的吸光能力与微生物的高效生物催化转化相结合，在开发高效太阳能存储系统方面受到了广泛关注。值得注意的是，利用生物沉淀法制备纳米材料来构建生物杂化体是一种新兴趋势，因为这种方法相对容易操作。本研究介绍了一种通过结合硫化镉（CdS）纳米粒子的改进生物沉淀技术与异源表达氢化酶在大肠杆菌（CdS/E.coli）中的大规模生产来驱动氢气产生的生物杂化体系统。具体而言，通过异源表达编码l-半胱氨酸脱硫酶（CysDSH）的基因，增强了生物沉淀能力。在E.coli中增强的硫化物形成缩短了CdS的生物沉淀时间，并产生了具有更大表面积的更小CdS纳米粒子，从而提高了光能向化学能的转化效率。使用表达CysDSH基因的细胞构建的CdS/E.coli生物杂化体在460纳米波长下的光驱动氢气产量提高了约2倍，其表观量子产率为0.45%。这项研究表明，基因工程可以改变基于整个细胞的生物杂化体中半导体纳米粒子的形成和材料转化过程。这些发现扩展了现有的知识，并为构建生物杂化体提供了指导，为提升太阳能向化学能的转化系统提供了策略。