华东师范大学张中海课题组Nat. Commun.：基于光电催化-微生物生物杂合系统的可持续琥珀酸生产平台

华东师范大学张中海课题组在《自然·通讯》上发表了一项创新性研究，构建了一种基于光电催化-微生物生物杂合系统的可持续琥珀酸生产平台。该系统通过将纳米技术与微生物代谢相结合，显著提升了产琥珀酸放线杆菌的跨膜电子传递效率。研究人员首先通过适应性实验室进化策略，使细菌逐步提高耐受能力并在细胞内合成金纳米颗粒，这些金纳米粒子作为“导电桥梁”提高了电子传递效率。随后，设计了一种NiO@PAA@NHS光电极，其表面的水凝胶层能有效捕获并固定杂合细菌，进一步提升电子转递效率。在模拟太阳光照射和-0.3 V外加电压条件下，该系统展现出卓越性能：光电流密度达到1.9 mA cm⁻²，CO₂转化效率高达67%，琥珀酸产率达到1.41 ± 0.04 g L⁻¹ h⁻¹ cm⁻²。研究证实，金纳米粒子的引入显著提升了细菌内的ATP水平和关键代谢基因的表达，优化了碳代谢流向。该系统不仅实现了太阳能向化学能的高效转化，还有效利用CO₂作为碳源，为碳达峰和碳中和目标提供了技术支持。相比传统方法，该技术在产率、可持续性和环境友好性方面均具有显著优势，有望推动琥珀酸工业向低碳、高效、可持续方向转型升级。