Автор: AZoNano 2019

Исследователи из CU Boulder разработали нанобиогибридные организмы, способные использовать находящиеся в воздухе углекислый газ и азот для производства различных пластиков и топлив, что является многообещающим первым шагом на пути к низкому содержанию углерода и экологически чистому производству химикатов.

«Живые фабрики», которые питаются вредным СО ₂

Используя активированные светом квантовые точки для запуска определенных ферментов в микробных клетках, исследователи смогли создать «живые фабрики», которые потребляют вредный CO ₂ и превращают его в полезные продукты, такие как биоразлагаемый пластик, бензин, аммиак и биодизель.

«Инновация является свидетельством силы биохимических процессов», сказал Прашант Нагпал, ведущий автор исследования и доцент кафедры химической и биологической инженерии К. У. Боулдера. «Мы рассматриваем методику, которая может улучшить улавливание CO ₂ для борьбы с изменением климата и однажды даже потенциально заменит углеродоемкое производство пластмасс и топлива».

Наноскопические квантовые точки

Проект начался в 2013 году, когда Нагпал и его коллеги начали исследовать широкий потенциал наноскопических квантовых точек, представляющих собой крошечные полупроводники, подобные тем, которые используются в телевизорах. Квантовые точки могут быть пассивно введены в клетки и предназначены для присоединения и самосборки к желаемым ферментам, а затем активируют эти ферменты по команде, используя определенные длины волн света.

Нагпал хотел выяснить, могут ли квантовые точки действовать как свеча зажигания для запуска определенных ферментов в микробных клетках, которые имеют средства для преобразования переносимого по воздуху CO ₂ и азота, но не делают этого естественным образом из-за отсутствие фотосинтеза.

Активировать CO Microbes ₂ Аппетит

Путем распространения специально подобранных точек в клетки распространенных микробных видов, обнаруженных в почве, Нагпал и его коллеги преодолели разрыв. Теперь воздействие даже небольшого количества непрямого солнечного света может активировать аппетит микроорганизмов CO ₂ без необходимости использования какого-либо источника энергии или пищи для проведения энергоемких биохимических преобразований.

«Каждая клетка производит миллионы этих химических веществ, и мы показали, что они могут превысить свой естественный выход почти на 200%», – сказал Нагпал.

Микробы, находящиеся в состоянии покоя в воде, высвобождают полученный в результате продукт на поверхность, где его можно снять и собрать для производства. Различные комбинации точек и света производят разные продукты: зеленые длины волн заставляют бактерии потреблять азот и вырабатывать аммиак, в то время как красные волны заставляют микробов насыщаться углекислым газом ₂ для производства пластика.

Процесс также показывает многообещающие признаки способности работать в масштабе. Исследование показало, что даже когда микробные фабрики были активированы последовательно в течение нескольких часов, они показали мало признаков истощения или истощения, что указывает на то, что клетки могут регенерировать и, таким образом, ограничивать потребность в ротации.

«Мы были очень удивлены, что он работал так же элегантно, как и раньше», – сказал Нагпал. «Мы только начинаем с синтетических приложений».

Заменить углеродоемкое производство пластмасс

По словам Нагпала, идеальный футуристический сценарий состоит в том, чтобы односемейные дома и предприятия передавали свои выбросы CO ₂ непосредственно в близлежащий водоем, где микробы превращали их в биопластик. Владельцы смогут продавать полученный продукт за небольшую прибыль, существенно компенсируя свой собственный углеродный след.

«Даже если маржа низкая и она не может конкурировать с нефтехимическими продуктами на чистой основе, это все равно дает социальную выгоду», – сказал Нагпал . «Если бы мы смогли перевести хотя бы небольшую часть местных прудов, это оказало бы значительное влияние на выбросы углерода в городах. Люди не будут много просить о реализации. Например, многие уже делают пиво дома, и это не сложнее ».

Теперь, по его словам, основное внимание будет смещено на оптимизацию процесса конверсии и привлечение новых студентов. Нагпал планирует преобразовать проект в лабораторный эксперимент для студентов в осеннем семестре, финансируемый за счет гранта CU Boulder Engineering Excellence Fund. Нагпал приписывает своим нынешним ученикам приверженность проекту в течение многих лет.

«Это был долгий путь, и их работа была неоценимой», – сказал он. «Я думаю, что эти результаты показывают, что оно того стоило».

Источник: https://www.colorado.edu/