Fig. 1. Esquema de las interfaces bioabióticas vivas para la fotocatálisis de una sola enzima a la célula completa. Crédito:SIAT
La fotosíntesis semiartificial integra la alta selectividad de los biosistemas vivos y la recolección de luz de amplio rango de materiales semiconductores, lo que permite la producción química sostenible impulsada por la luz. Las interfaces bioabióticas entre las células vivas y los semiconductores son la clave para la fotosíntesis semiartificial.
A través de la inmovilización de la membrana celular o la captación intracelular de semiconductores, la fijación de CO2 impulsada por la luz a los productos químicos básicos se ha logrado. Considerando que, el contacto directo dañaría las células vivas, lo que impide su sostenibilidad.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor Zhong Chao del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen (SIAT) de la Academia de Ciencias de China propuso el uso de biopelículas mineralizadas con fotocatalizadores como interfaces bioabióticas vivas para implementar diversas aplicaciones fotocatalíticas.
La investigación fue publicada en Science Advances el 7 de mayo.
Las biopelículas son consorcios naturales incrustados dentro de una matriz extracelular viscosa. Debido a su resiliencia superior a las tensiones ambientales externas, las biopelículas se han adoptado para el diseño de materiales vivos de ingeniería (ELM) con aplicaciones en adhesión bajo el agua, inmovilización de catalizadores y terapia médica.
Los investigadores adoptaron biopelículas de E. coli con fibras curli amiloides. Los péptidos A7 se fusionaron primero con la proteína CsgA de la subunidad curli para crear nanofibras CsgAA7. Dotó a las biopelículas de la capacidad de mineralización in situ de nanopartículas (NP) de CdS.
Fig. 2. Caracterización de biopelículas mineralizadas con fotocatalizador. Crédito:SIAT
Las biopelículas mineralizadas con fotocatalizador se obtuvieron y se usaron directamente en aplicaciones fotocatalíticas después del cultivo. A través de la segregación de CdS NP de las células bacterianas, el sistema podría retener la propiedad catalítica y aliviar el deterioro.
Para demostrar la resistencia de las biopelículas, los investigadores construyeron otra cepa para mostrar péptidos A7 en las membranas celulares, lo que permitió la mineralización de CdS NP en las membranas celulares. Las células bacterianas mineralizadas con fotocatalizador se usaron como controles. Después de la irradiación durante 24 horas, las células en biopelículas mineralizadas con fotocatalizador estaban casi integrales, mientras que los controles exhibieron daño parcial o incluso fracturas.
Fig. 3. El efecto de protección de las biopelículas diseñadas. Crédito:SIAT
"Los resultados indicaron una interfaz bioabiótica biocompatible por biopelículas mineralizadas", dijo el profesor Zhong, el autor correspondiente del estudio, "en principio, podría promover la sostenibilidad de la fotosíntesis semi-artificial".
En comparación con las células planctónicas, las biopelículas presentaban un área de superficie más grande, una resistencia ambiental más fuerte y una funcionalización más fácil, lo que las convirtió en un chasis superior para el diseño de la fotosíntesis semiartificial.
"La fotosíntesis semi-artificial tiene el potencial de resolver problemas ambientales y energéticos futuros", dijo el profesor Zhong. Biopelículas bacterianas diseñadas que inmovilizan nanopartículas permiten diversas aplicaciones catalíticas
