综述：利用合成生物学从电子废弃物中可持续回收关键金属材料

这篇综述系统阐述了合成生物学（Synthetic Biology）在电子废弃物（E-waste）金属回收中的前沿应用，重点解析了基因编辑（CRISPR）、代谢通路工程（Metabolic Pathway Engineering）和生物电化学系统（BES）如何协同提升微生物对稀土元素（REEs）和贵金属的选择性回收效率，为循环经济（Circular Economy）提供绿色解决方案。

　　

Abstract

电子废弃物（E-waste）已成为全球增长最快的废物流，蕴藏大量稀土元素（REEs）、贵金属和关键原材料。传统火法/湿法冶金工艺因高能耗和有毒试剂面临生态挑战，而合成生物学驱动的生物修复技术通过基因改造微生物实现选择性生物浸出（Bioleaching）、生物吸附（Biosorption）和生物积累（Bioaccumulation）。最新研究通过代谢通路优化和合成基因电路设计，显著提升了微生物在复杂E-waste基质中的金属选择性、耐酸性和回收动力学。

微生物底盘工程进展

工程化微生物（如_{Acidithiobacillus}和_Shewanella）通过CRISPR-Cas9编辑靶向金属转运蛋白（如^Fre铁还原酶），结合定向进化（ALE）强化了铜/金回收效率。例如，表达汞操纵子（mer operon）的菌株对电子垃圾中Hg²⁺的吸附容量提升3倍。

工业级应用瓶颈

微生物群落在多金属废液中的相选择性提取（Phase-Selective Extraction）仍面临挑战，且连续生物反应器（CSTR）的规模化运行受限于生物膜稳定性。近期开发的混合生物电化学系统（Hybrid BES）通过外源电子传递链（ETC）优化，将钴回收率提高至92%。

未来方向

结合蛋白质工程（如金属结合肽设计）和微流控高通量筛选，可进一步突破工业转化壁垒。这类技术有望将城市矿山（Urban Mining）的金属回收成本降低40%，推动碳中和目标实现。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。