天津工生所在酶燃料電池研究中取得新進(jìn)展

　　酶燃料電池是一種新型的燃料電池，通過(guò)生物酶在電極上的催化，將底物（如糖類）中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。酶燃料電池具有反應(yīng)條件溫和、安全、環(huán)保、底物容易獲得且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代可為移動(dòng)電子產(chǎn)品供電的綠色電池之一，具有廣闊的商業(yè)前景。葡萄糖是酶燃料電池中使用最為普遍的底物，它有著極高的儲(chǔ)能密度。然而，此前的研究由于僅使用了單一酶，或使用了效率一般的多酶系統(tǒng)，均無(wú)法將葡萄糖底物充分地氧化利用，因而導(dǎo)致大量化學(xué)能難以被釋放，電池的能量轉(zhuǎn)化效率低。

　　中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所體外合成生物學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)一年多的努力，開(kāi)發(fā)了一套不依賴ATP和CoA的體外多酶分子機(jī)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)由12個(gè)酶組成，可將葡萄糖完全氧化，每個(gè)葡萄糖分子釋放24個(gè)電子，實(shí)現(xiàn)了接近100%的能量轉(zhuǎn)化效率。該研究首次定量證明了葡萄糖在酶燃料電池中可以被完全氧化，使糖電池的能量密度得以最大化。此外，通過(guò)替換和添加新的酶器件，經(jīng)過(guò)體外途徑工程的改造，該酶燃料電池在室溫下的輸出電流實(shí)現(xiàn)了從2.8提高至6.9 mA/cm2。這一研究預(yù)示著利用體外途徑工程和多酶分子機(jī)器將糖能轉(zhuǎn)化為電能具有巨大的潛力和應(yīng)用前景。

　　該研究獲得了中科院天津工生所、美國(guó)Cell-Free Bioinnovations公司和美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的大力支持，相關(guān)成果發(fā)表在《代謝工程》（Metabolic Engineering）上，天津工生所研究員朱之光為論文第一作者。