[发明专利]一种特异蛋白修饰的矿物生物膜促进生物电合成的方法

说明书

本发明公开了一种特异蛋白修饰的矿物生物膜促进生物电合成的方法；本发明利用特异蛋白修饰的磁性矿物与电活性微生物快速结合，并用磁铁将其吸至阴极生成矿物生物膜，从而促进生物电合成；其原料易得，操作简单，生物电合成条件易于控制，具有较高的经济、环境和社会效益，具有大规模工业化应用的技术潜力。

技术领域

本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种特异蛋白修饰的矿物生物膜促进生物电合成的方法。

背景技术

生物电化学系统(BES)广泛应用于能源和环境领域，其主要由阳极和阴极组成，阳极表面能够生长和富集产电微生物进行氧化有机物产生电子，而产生的电子通过外部电路到达阴极，阴极表面的电活性微生物能够接收电子进行特定的还原反应从而产生还原产物，利用生物阴极的还原特性进行生物合成即是生物电合成系统。

生物电合成系统的最重要部分就是生物阴极，因为生物阴极的电活性微生物膜(即阴极生物膜)是生物电合成的主要功能部分。但微生物表面的负电荷与阴极的大量电子同性相斥从而造成电活性微生物无法很好地自然富集于阴极电极上，从而极大影响了生物阴极的成膜。为了克服阴极成膜的难题，许多研究人员对此进行了大量的研究，也获得了一些改善阴极成膜的方法，例如阴阳极互换、阴极表面修饰、更换阴极材料等。但是这些方法还存在成膜不稳定、周期长、效率低、操作难度大等缺点，为此急需寻找一种稳定和高效的阴极成膜方法来提高生物电合成性能。

有研究表明磁性矿物具有良好的生物相容性和导电性能，且具有极强的磁性。而特异性蛋白修饰的磁性矿物既具有磁性，又具有特异蛋白独有的特性，例如链霉亲和素与生物素之间具有极强的亲和力，一分子的链霉亲和素可以特异性地与四分子的生物素结合，链霉亲和素-生物素复合物的解离常数处于10^-14mol/L数量级，这一性质常用于分子生物学用途。因此可以利用特异蛋白修饰的磁性矿物对电活性微生物进行改性，用于阴极成膜。

本发明利用特异蛋白的强生物亲和力与磁性矿物的强磁性来修饰电活性微生物，使其能够与磁性矿物进行强力的连接，从而磁化。磁化的电活性微生物能够在磁场的作用下发生定向移动，于阴极表面富集形成厚的、稳定的阴极生物膜，从而有效地解决了阴极生物膜成膜的难题，为未来大规模的生物电合成工业化提供了技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特异蛋白修饰的矿物生物膜促进生物电合成的方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种特异蛋白修饰的矿物生物膜促进生物电合成的方法，包括如下步骤：

1)将电活性微生物离心转移到已加好无机碳培养基的三电极电池中，曝气达到完全无氧状态；

2)将特异性蛋白与磁性矿物混合后，在4℃振荡24小时获得特异蛋白修饰的矿物；

3)将预设量的特异蛋白修饰的矿物加入到步骤1)的电池中，令特异蛋白修饰的磁性矿物与电活性微生物牢固结合获得两者的杂化体；

4)将步骤2)中获得的杂化体用磁铁吸至电极阴极表面，外加电压进行生物电合成。

进一步的，步骤1)中，电活性微生物是产乙酸菌热醋穆尔氏菌、固氮菌施氏假单胞菌、产甲烷菌巴氏甲烷八叠球菌中的任意一种。

进一步的，步骤2)中，所用的特异蛋白选用链霉亲和素或亲和素。

进一步的，步骤2)中，所用的磁性矿物选用四氧化三铁或三氧化二铁。

进一步的，步骤3)中，所投加的特异蛋白修饰的矿物量为10～100mg/L。

优选的，步骤4)中，所用的电压在-0.6～-1.1V之间。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：