学院讲坛：生物电催化系统构建与应用

一、主讲题目：生物电催化系统构建与应用

二、主讲人：朱之光  研究员

三、讲座时间：2022年11月4日15:30

四、讲座地点：朝晖校区生物楼二楼报告厅

五、主讲人简介

朱之光，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员，博士生导师。2007年在华中科技大学获得生物技术学士学位，2013年在弗吉尼亚理工大学获得生物系统工程博士学位，2016年起在中国科学院天津工业生物技术研究所工作，获中科院人才计划支持。主要研究方向是生物电催化与合成生物学，通过研究生物电子传递机制以及强化策略，构建生物燃料电池、生物传感器、生物电合成等应用系统。已在Chem Rev, Nat Commun、Angew Chemie、Metab Engin、Biosens Bioelectron等国际知名刊物发表SCI论文50多篇，引用2000余次，申请发明专利10余项。主持包括国家重点研发计划（项目首席）、自然科学基金、中科院重点部署等10余项项目。担任国际刊物Frontiers in Bioengineering and Biotechnology编委、生物工程学会青年委员会委员、天津青年科技工作者协会副秘书长等职务。

六、报告摘要

生物电化学催化系统面临的主要挑战包括电子在电极界面的快速双向传递，以及更多高催化活性、高稳定性的生物元件的开发。我们利用体外合成生物学的思路和方法，进行了一系列设计和构建，在基于多酶催化的生物燃料电池、生物电化学合成、生物传感器等方面开展了一系列工作。在酶生物燃料电池中，我们构建多个多酶催化体系，可用多种糖底物，实现了阳极的底物完全氧化，达到接近于理论得率的库伦效率。通过蛋白质工程改造酶元件、优化电子传递路径、和开发新型电极材料，我们已将反应速度和功率输出大幅提高，并实现了电池的开关控制。在生物电化学合成中，我们已构建了一个杂合的二氧化碳生物电还原产甲酸的体系和自驱动的生物电催化合成高值化学品左旋多巴的体系。此外，还通过类囊体膜同时共再生ATP和NADPH的策略实现了乙酸到PHB的高效合成。在生物传感器方面，我们致力于辅酶依赖的脱氢酶传感器研究，开发了基于木糖脱氢酶和二羟基戊二酸脱氢酶的生物传感器，展现了良好的应用潜力。