La fotosintesi semi-artificiale integra l'elevata selettività dei biosistemi viventi e la raccolta di luce ad ampio raggio di materiali semiconduttori, che consente una produzione chimica sostenibile basata sulla luce. Le interfacce bio-abiotiche tra cellule viventi e semiconduttori sono la chiave per la fotosintesi semi-artificiale.

Attraverso l'immobilizzazione della membrana cellulare o l'assorbimento intracellulare di semiconduttori, fissazione guidata dalla luce di CO₂ ai prodotti chimici di base è stato raggiunto. Considerando che il contatto diretto danneggerebbe le cellule viventi, il che ne impedisce la sostenibilità.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Zhong Chao dello Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) dell'Accademia cinese delle scienze ha proposto l'uso di biofilm mineralizzati da fotocatalizzatori come interfacce bio-abiotiche viventi per implementare diverse applicazioni fotocatalitiche.

La ricerca è stata pubblicata su Science Advances il 7 maggio.

I biofilm sono consorzi naturali incorporati all'interno di una viscida matrice extracellulare. Grazie alla loro superiore resilienza agli stress ambientali esterni, i biofilm sono stati adottati per la progettazione di materiali viventi ingegnerizzati (ELM) con applicazioni nell'adesione subacquea, nell'immobilizzazione del catalizzatore e nella terapia medica.

I ricercatori hanno adottato biofilm di E. coli con fibre curli amiloidi. I peptidi A7 sono stati prima fusi con la proteina CsgA della subunità curli per creare nanofibre CsgAA7. Ha dotato i biofilm di capacità di mineralizzazione in situ di nanoparticelle (NP) di CdS.

I biofilm mineralizzati dal fotocatalizzatore sono stati ottenuti e utilizzati direttamente in applicazioni fotocatalitiche dopo la coltivazione. Attraverso la segregazione delle NP CdS dalle cellule batteriche, il sistema potrebbe mantenere la proprietà catalitica e alleviare il danno.

Per dimostrare la resistenza dei biofilm, i ricercatori hanno costruito un altro ceppo per visualizzare i peptidi A7 sulle membrane cellulari, che hanno consentito la mineralizzazione delle NP CdS sulle membrane cellulari. Le cellule batteriche mineralizzate dal fotocatalizzatore sono state utilizzate come controlli. Dopo l'irradiazione per 24 ore, le cellule nei biofilm mineralizzati con fotocatalizzatore erano quasi integre, mentre i controlli mostravano danni parziali o addirittura fratture.

"I risultati hanno indicato un'interfaccia bio-abiotica biocompatibile mediante biofilm mineralizzati", ha affermato il prof. Zhong, il corrispondente autore dello studio, "potrebbe promuovere in linea di principio la sostenibilità della fotosintesi semi-artificiale".

Rispetto alle cellule planctoniche, i biofilm presentavano una superficie maggiore, una maggiore resistenza ambientale e una più facile funzionalizzazione, il che li rendeva uno chassis superiore per la progettazione della fotosintesi semi-artificiale.

"La fotosintesi semi-artificiale ha il potenziale per risolvere futuri problemi energetici e ambientali", ha affermato il prof. Zhong. + Esplora ulteriormente

I biofilm batterici ingegnerizzati che immobilizzano le nanoparticelle consentono diverse applicazioni catalitiche