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    我院重要科研成果在Nature Communications杂志发表

    加入时间:2020-08-20 10:56:56 来源: 访问量:


    近日,我院雍阳春教授课题组在《自然-通讯》杂志(Nature Communications)在线发表了题为“Single cell electron collector for highly efficient wiring-up electronic abiotic/biotic interface”的研究论文,该工作完全由江苏大学自主独立完成,生物质能源研究院为第一完成单位。

    细胞与非生物界面的胞外电子传递是生物驱动地球化学循环与地球环境演变、细胞生命能量代谢、人工生物细胞电子器件的核心关键过程。对生物/非生物界面电子传递过程模式的深入认识有助于揭开地球演化奥秘、理解生命能量代谢多样性等基础前沿科学问题。同时,基于细胞与非生物界面双向电子传递过程,可以制备多种人工生物细胞电子器件(包括微生物燃料电池、微生物电解池、微生物电发酵、微生物电合成、微生物电化学传感器等),在污水发电、深海自供电传感器、生物电催化制氢、CO2生物电固定等领域展现了重要的应用前景,获得了政府、学术界和产业界的广泛关注。但是,界面电子传递电子效率低限制了对微生物胞外电子传递机制的深入研究及其产业化应用。

      针对这一国际科学难题,研究团队在前期三维生物界面创制(ACS Nano, 2012, 6: 2394-2400),导电杂合生物膜构建(Angewandte Chemie International Edition, 2014, 53: 4480-4483),电能细胞合成生物学改造(AIChE Journal, 2020, e16897),生物电信号放大(Analytical Chemistry, 2016, 88: 11222-11228; 2019, 91: 4939-4942)研究的基础上,基于微生物生物矿化作用,在微生物细胞膜表面和细胞周质空间创建了原位“单细胞电子捕集器”。该电子捕集器不仅可以将细胞表面几乎所有电子传递通道连通,提高细胞原有跨膜电子传递通道的电子传递效率。同时,该电子捕集器还将细胞周质空间的电子传递通道直接连接到细胞表面,建立起新的杂合人工跨膜电子通道,实现高效跨膜电子传递。基于这两种机制,该单细胞“电子捕集器”使微生物与非生物界面电子传递速率和库仑效率大幅提高,突破了模式环境电活性菌Shewanella oneidensis MR-1界面电子传递极限。该研究成果开辟了微生物胞外电子传递强化新途径,突破了生物/非生物固态界面电子传递极限,为污染物高效转化及高性能人工生物细胞制备提供了新工具和新机遇。

          雍阳春教授和我校化工学院施伟东教授为论文共同通讯作者,我院俞洋洋和王彦斋为共同第一作者,文章其他作者还包括方真,施雨桐,程千文,陈煜轩。该研究得到了国家自然科学基金、教育部霍英东基金等项目的资助。今年以来,我院师生连续在国际顶级期刊上发表多项高水平研究成果,表明我院科研创新能力得到了显著提升;同时这些高水平研究成果也有力的提升了我院国际学术影响力,为研究院“十四五”事业发展奠定了良好的基础。

     

    全文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-17897-9

     

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