Photocatalyst-mineralized biofilms as living bio-abiotic interfaces for single enzyme to whole-cell photocatalytic applications

光催化 生物膜 生物相容性材料 非生物成分 纳米技术 生物相容性 材料科学 化学 化学工程 细菌 催化作用 生态学 生物 生物化学 生物医学工程 工程类 冶金 医学 遗传学
作者
Xinyu Wang,Jicong Zhang,Ke Li,Bolin An,Yanyi Wang,Chao Zhong
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:8 (18): eabm7665-eabm7665 被引量:80
标识
DOI:10.1126/sciadv.abm7665
摘要

There is an increasing trend of combining living cells with inorganic semiconductors to construct semi-artificial photosynthesis systems. Creating a robust and benign bio-abiotic interface is key to the success of such solar-to-chemical conversions but often faces a variety of challenges, including biocompatibility and the susceptibility of cell membrane to high-energy damage arising from direct interfacial contact. Here, we report living mineralized biofilms as an ultrastable and biocompatible bio-abiotic interface to implement single enzyme to whole-cell photocatalytic applications. These photocatalyst-mineralized biofilms exhibited efficient photoelectrical responses and were further exploited for diverse photocatalytic reaction systems including a whole-cell photocatalytic CO2 reduction system enabled by the same biofilm-producing strain. Segregated from the extracellularly mineralized semiconductors, the bacteria remained alive even after 5 cycles of photocatalytic NADH regeneration reactions, and the biofilms could be easily regenerated. Our work thus demonstrates the construction of biocompatible interfaces using biofilm matrices and establishes proof of concept for future sustainable photocatalytic applications.
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