La inmovilización se considera una estrategia viable para abordar la toxicidad y la contaminación por nanomateriales que enfrentan los nanocatalizadores en aplicaciones prácticas. Un equipo de investigación de la Universidad de ShanghaiTech cosechó Escherichia coli biopelículas como sustratos vivos para inmovilizar catalizadores a nanoescala. La matriz de la biopelícula proporciona una interfaz benigna y robusta entre los nanocatalizadores y las células vivas. sobre lo cual se han demostrado tres sistemas de reacción catalítica sintonizables y reciclables.

Los objetos a nanoescala (1-100 nm) son nanocatalizadores deseables que cuentan con más sitios catalíticos activos debido a relaciones más altas de área de superficie a volumen. La naturaleza a nanoescala trae varios desafíos concomitantes, como la fuga de nanocatalizadores al medio ambiente y las dificultades para reutilizar los nanocatalizadores en ciclos de reacción repetidos. Una estrategia importante para abordar estos desafíos ha sido la inmovilización de nanoobjetos en varios sustratos a través de una variedad de enfoques tecnológicos. Sin embargo, los sustratos inorgánicos y bioderivados o bioinspirados obviamente carecen de atributos "solo biológicos" como la autorregeneración, escalabilidad basada en el crecimiento celular, y la capacidad de las células para biosintetizar enzimas complejas, sustratos, coenzimas, u otros reactivos o componentes de reacción necesarios in situ. Es más, Los estudios que han inmovilizado nano-objetos directamente sobre la superficie de las células han informado de daños en las células.

El grupo Zhong de la División de Materiales y Biología Física, en la Universidad ShanghaiTech ha logrado un gran avance conceptual en el desarrollo de una nueva interfaz abiótica / biótica hacia la integración e inmovilización de objetos a nanoescala con células vivas para catálisis. Muy corto, demostraron con éxito cómo se expresaban los monómeros amiloides modificados genéticamente, secretados y ensamblados en la matriz extracelular de los seres vivos Escherichia coli ( E. coli ) las biopelículas se pueden aprovechar para anclar catalizadores funcionales a nanoescala para hacer altamente eficientes, escalable ajustable, y sistemas catalizadores vivos reutilizables. En sus estudios de prueba de concepto, han demostrado tres sistemas catalíticos simples, incluyendo nanopartículas de oro ancladas en biopelículas para degradar el contaminante p-nitrofenol, Cd híbrido anclado en biopelícula _0,9 Zn _0,1 S puntos cuánticos (QD) y nanopartículas de oro para degradar eficientemente los tintes orgánicos, y CdSeS @ ZnS QD anclados a biopelículas en un sistema de fotosíntesis semi-artificial de cepas bacterianas dobles para la producción de hidrógeno. Como revelan sus estudios, De hecho, la matriz extracelular en las biopelículas proporciona un medio ideal para interconectar y anclar nanoobjetos para la catálisis directa y para su integración con el metabolismo de las células vivas:incluso después de múltiples rondas de reacciones, Los nanocatalizadores todavía estaban firmemente anclados a las biopelículas y el E. coli las células aún estaban vivas para una fácil regeneración. En tono rimbombante, tal enfoque abriría los atributos extremadamente poderosos y únicos de los sistemas vivos.

Existe una gran diversidad de biopelículas bacterianas con diferentes funcionalidades en la naturaleza, y su estudio, por lo tanto, sienta las bases conceptuales para acoplar las propiedades y capacidades dinámicas únicas de estos materiales vivos con las nanopartículas altamente reactivas para resolver de manera innovadora los desafíos en la biorremediación, bioconversión, y energía. Su investigación estimulará más investigaciones para crear sistemas de reacción más eficientes e industrialmente importantes mediante la construcción e integración de biopelículas más complejas / sistemas catalíticos híbridos inorgánicos.