[發明專利]一種維持小球藻細胞死亡后持續產氫的方法

有效

• 申請號: 201910537314.8
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110144368B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 黃鑫;祁家瑞;劉小曼
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12R1/89
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

一種維持小球藻細胞死亡后持續產氫的方法。本發明屬于生物技術領域，具體涉及一種維持小球藻細胞死亡后持續產氫的方法。本發明的目的是將供電體系引入小球藻的生存環境中，通過利用其體內的氫化酶，使其在厭氧環境中實現高效、持續的產氫。方法：本發明以蛋白核小球藻為基本生物體，利用其體內的生物酶?氫酶，通過外加導電介質吡咯和供電子體系，構筑一個完整的人工產氫體系。這種方法使生物酶得到高效充分的利用，不僅可以維持小球藻細胞生命體活性且在生命體“死”后仍能繼續利用其體內的“活”性物質，使蛋白核小球藻在厭氧環境中持續高效產氫兩個月以上。

技術領域

本發明屬于生物技術領域，具體涉及一種維持小球藻細胞死亡后持續產氫的方法。

背景技術

隨著全球經濟的日益發展，人們對于能源的需求也日益增大，隨之帶來的環境問題也日益緊迫，化石能源日益枯竭，尋找一種煤、石油等化石燃料的替代品顯得尤為重要，生物燃料作為一種可再生能源且能大規模生產引發了越來越多科技工作者的關注和思考。

氫能作為一種清潔、高效的能源，其燃燒產物只有水不會對環境造成任何污染，且其熱值高、能量轉化率高，受到人們的廣泛青睞。但是目前制氫的方法還存在許多問題，電解水制氫是一種應用比較廣泛且成熟的方法，但由于其消耗電能大，成本高，應用受到限制；礦物燃料制氫包括煤焦化、氣化制氫，天然氣或輕質油制氫，重油氧化制氫等，其不僅生產過程中產生的副產物對環境造成污染且不可持續、成本高不利于長期的應用和發展。相比之下，生物制氫具有節約能源、清潔、原料來源廣泛、生產過程溫和等優點，所謂生物制氫其實質就是利用生物產生氫氣的方法。生物制氫包含三種方法，光合生物產氫、發酵細菌產氫、光合生物與發酵細菌。[Benemann J R,Berenson JA,Kamen K M D.HydrogenEvolution by a Chloroplast-Ferredoxin-Hydrogenase System[J].Proceedings ofthe National Academy of Sciences ofthe United States ofAmerica,1973,70(8):2317-2320.]現只介紹光合生物產氫，在生物的光合系統中有兩個相對獨立但又相互協調的光合作用中心，分別是光合系統II(PSII)用于接收太陽能分解水產生H⁺光合電子和O₂和光合系統I(PSI)用于產生還原劑來固定CO₂。PSII產生的光合電子由鐵氧化還原蛋白攜帶經由PSII和PSI到達氫酶催化質子氫產生氫氣。因此在整個過程中，氫酶是產氫的關鍵因素。但是由于氫酶對氧氣極為敏感，而PSII光解水伴隨著大量氧氣的放出，短時間內就能完全抑制氫酶反應的進行。因此只有在厭氧的環境下氫酶才能夠被激活發揮作用。目前，利用氫酶的方式分別有從細胞中提取氫酶通過外界模擬細胞內電子傳遞機制來實現產氫[Brown KA,Wilker M B,Boehm M,et al.Characterization of PhotochemicalProcesses for H2Production by CdS Nanorod–[FeFe]Hydrogenase Complexes[J].Journal ofthe American Chemical Society,2012,134(12):5627-5636.]，通過基因工程制備耐氧氫酶模擬物產氫[Sakai T,Mersch D,Reisner E.Photocatalytic HydrogenEvolution with a Hydrogenase in a Mediator-Free System under High LevelsofOxygen**[J].Angewandte Chemie,2013,52(47):12313-12316.]，仿生硅化誘導自組裝產氫[Wei Xiong,Xiaohong Zhao,Genxing Zhu,Changyu Shao,Yaling Li,Weimin Ma,Xurong Xu,and Ruikang Tang,Angew.Chem.,2015,127,12129.]等方法，但是天然酶的提取過程麻煩且儲存困難，成本高，氫酶模擬物的制備復雜且活性低，仿生硅化的方法也只能實現短時間內的產氫。

發明內容