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基于全细胞的生物杂化体系的光驱动化学合成:从体系构建到机制研究。

Photodriven Chemical Synthesis by Whole-Cell-Based Biohybrid Systems: From System Construction to Mechanism Study.

机构信息

Department of Chemistry, and Shanghai Stomatological Hospital, Fudan University, Shanghai 200000, China.

出版信息

ACS Appl Mater Interfaces. 2023 Feb 8;15(5):6235-6259. doi: 10.1021/acsami.2c19528. Epub 2023 Jan 26.

DOI:10.1021/acsami.2c19528
PMID:36702806
Abstract

By simulating natural photosynthesis, the desirable high-value chemical products and clean fuels can be sustainably generated with solar energy. Whole-cell-based photosensitized biohybrid system, which innovatively couples the excellent light-harvesting capacity of semiconductor materials with the efficient catalytic ability of intracellular biocatalysts, is an appealing interdisciplinary creature to realize photodriven chemical synthesis. In this review, we summarize the constructed whole-cell-based biohybrid systems in different application fields, including carbon dioxide fixation, nitrogen fixation, hydrogen production, and other chemical synthesis. Moreover, we elaborate the charge transfer mechanism studies of representative biohybrids, which can help to deepen the current understanding of the synergistic process between photosensitizers and microorganisms, and provide schemes for building novel biohybrids with less electron transfer resistance, advanced productive efficiency, and functional diversity. Further exploration in this field has the prospect of making a breakthrough on the biotic-abiotic interface that will provide opportunities for multidisciplinary research.

摘要

通过模拟自然光合作用,可以利用太阳能可持续地生成有价值的化学产品和清洁燃料。基于完整细胞的光敏生物杂交系统创新性地将半导体材料的优异光捕获能力与细胞内生物催化剂的高效催化能力相结合,是实现光驱动化学合成的一种有吸引力的跨学科生物。在这篇综述中,我们总结了不同应用领域中构建的基于完整细胞的生物杂交系统,包括二氧化碳固定、氮气固定、制氢和其他化学合成。此外,我们详细阐述了代表性生物杂交体的电荷转移机制研究,这有助于加深对光敏剂与微生物协同过程的理解,并为构建具有更低电子转移阻力、更高生产效率和更多功能多样性的新型生物杂交体提供方案。该领域的进一步探索有望在生物-非生物界面取得突破,为多学科研究提供机会。

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