IGB弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所
在“手套箱”中，酶的功能在没有空气的情况下被电化学监测
荣誉:IGB弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所 用二氧化碳制造精细化学品的重要原材料确实有效
作为马克斯·普朗克合作项目eBioCO2n的一部分，来自IGB弗劳恩霍夫的一组研究人员通过由电驱动的多酶反应成功地进行了首次二氧化碳固定，为化学工业产生了一种有前景的中间体
电生物催化固定二氧化碳的方法最近发表，被认为是“热门论文”
" 燃烧化石资源会产生二氧化碳，这是一种对气候有害的温室气体，也是全球变暖的重要原因
然而，化石资源仍然是一种关键资源——不仅是一种能源，也是化学工业的原材料，用于许多日常必需品，如药品、包装、纺织品、清洁产品等
因此，正在对化石资源的多种替代品进行深入研究
可再生资源是一个有希望的选择，但如果绿色合成材料的可用性要跟上未来几年的需求，还需要其他替代资源基础
在温和的反应条件下有针对性地固定二氧化碳的能力是循环碳经济的另一个可持续驱动力
从空气中捕获碳以减少二氧化碳排放 IGB弗劳恩霍夫界面工程和生物技术研究所斯特劳宾研究所分支的一组研究人员与马尔堡马克斯·普朗克陆地微生物研究所和慕尼黑技术大学的同事一起，成功地进行了有史以来第一次将二氧化碳生物电催化转化为对化学工业有价值的物质的研究
通过结合来自生物电化学、酶生物学和合成生物学的不同方法，已经开发出特殊的生物电极，利用可再生能源驱动酶，在类似光合作用的连续反应中从温室气体中产生有价值的有机分子
其目的是直接从空气中捕获二氧化碳:“这将使这一过程不仅有助于工业远离化石资源，而且通过减少二氧化碳来积极推动气候变化。”
IGB弗劳恩霍夫创新领域生物灵感化学负责人迈克尔·里克特
“然而，首先，我们需要证明我们用电驱动如此复杂的生物催化多酶反应的想法是可行的
" 水凝胶为固定CO2的酶输送电子 他们的努力是成功的:微生物的代谢过程激发了研究人员开发一种基于电的固定二氧化碳的过程
这个过程中的主要元素是Dr
大卫·亚当和教授
马尔堡MPI主任托拜厄斯·埃尔布
下一个挑战是为二氧化碳固定酶提供还原二氧化碳所需的连续电子供应
这是通过将酶包埋在氧化还原活性水凝胶中实现的，允许它们被电化学驱动并将二氧化碳结合到底物上，从而将其转化为有价值的中间体
“这个过程是一个高效的反应途径，还原羧化，非常经济和清洁，因为它不需要系统中存在任何其他物质——只有二氧化碳、底物和电子，最好来自可再生资源，”博士解释说
莱昂纳多·卡斯塔涅达-洛萨达，他的博士论文致力于生物电子催化的主题，现在正与弗劳恩霍夫·IGB博士一起从事该项目
梅兰妮·伊瓦诺和博士
斯特芬·罗斯
酶在其中起作用的水凝胶是在慕尼黑理工大学教授的指导下特别研制的
尼古拉斯·普卢梅
它们已经被修饰成电子的良导体，同时也为生物分子提供了最佳的工作条件
“这使我们不仅可以将单层应用于酶，还可以多次三维扩展，因为电子在凝胶中到处都是传导的
正因为如此，这一过程在未来很可能很容易扩展到化学工业，”教授解释道
沃尔克·西伯长期以来一直在IGB弗劳恩霍夫研究所的斯特劳宾分院研究二氧化碳储存策略
当过程运行时，辅因子被永久再生 研究人员采用的全新方法不仅取决于使用electri city成功驱动酶促反应序列的能力，还涉及一个高度创新的模块:为了使反应按预期进行并最终获得尽可能高的产物收率，需要以合适的功能辅因子的形式为酶提供连续的“掺杂”进料
这些有机小分子在每次反应过程中都被用完，需要再生才能再次使用
不再生它们是非常昂贵的，因此对工业来说是不经济的
这就是为什么eBioCO2n专家已经找到了一种方法，通过使用电在水凝胶的相同反应系统中再生它们，理论上可以无限多次
“一个辅助因子应该只需要输入系统一次，就可以一次又一次地自动再生
然而，在实践中，它的效果并没有那么好，因为辅因子不会无限期地保持稳定——但它确实会持续很长时间，”里克特说
研究人员从不同的生物体中发现了一整套可用于生物电催化辅因子回收过程的不同酶
根据应用，这些生物分子的光谱可以在模块化的基础上扩展以进行额外的工作，并用作平台系统
“实际上，任何酶都可以从生物信息学数据库中选择，通过生物技术手段制造并掺入水凝胶中，”里克特说
“可以想象，这将允许生产不同的生物基精细化学品
然后，这些精细化学品可以通过进一步的酶级联进行扩展，因此它们实际上可以根据需要进行多样化
“这就是马尔堡奥运会的专业知识的特别之处
如果能够相应地进行扩展，平台技术可能会成为化学工业一种有前途的商业模式
平台系统可以无限制地扩展和扩展 通过生物灵感的实验室二氧化碳固定，弗劳恩霍夫IGB可以羧酸化辅酶a衍生物，一种在许多代谢过程中很重要的生物分子
“到目前为止，这是通过生物催化手段固定二氧化碳最具挑战性的分子，”里克特说
“使用这项技术来改造如此庞大且结构复杂的物质绝非易事
“研究人员现在面临的最新挑战是证明他们的想法以可靠和可扩展的方式工作，并且可以在模块化的基础上扩展
然而，研究人员强调，IGB夫琅和费的情绪是乐观的，尤其是考虑到一个运作良好的跨学科团队
将尽快引入行业合作伙伴进行后续项目
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