Un estudio publicado en Catálisis SCA por investigadores de la Universidad de Liverpool describe los avances en ingeniería biológica y energía sostenible.
El equipo desarrolló un nanorreactor híbrido impulsado por luz que integra la eficiencia pure con la precisión sintética para producir hidrógeno, una fuente de energía limpia y sostenible.
El estudio introduce un nuevo enfoque para la fotocatálisis synthetic, abordando un desafío clave en la utilización de energía photo voltaic para la producción de flamable. Si bien los sistemas fotosintéticos naturales han evolucionado para optimizar la captura de luz photo voltaic, los sistemas sintéticos han enfrentado dificultades para lograr una eficiencia comparable.
El nanorreactor híbrido combina componentes biológicos y sintéticos. Específicamente, integra capas de α-carboxisomas recombinantes (microcompartimentos derivados de bacterias) con un semiconductor orgánico microporoso.
Las capas de carboxisoma protegen las enzimas hidrogenasas, que son muy eficientes en la producción de hidrógeno pero son vulnerables a la desactivación por el oxígeno. La encapsulación asegura que las enzimas permanezcan activas y efectivas.
El profesor Luning Liu, catedrático de Bioenergética y Bioingeniería Microbiana de la Universidad de Liverpool, trabajó en colaboración con el profesor Andy Cooper del Departamento de Química y director de la Fábrica de Innovación de Materiales de la Universidad.
Sus equipos diseñaron un semiconductor orgánico microporoso que actúa como una antena captadora de luz. Este materials captura la luz seen y transfiere los excitones resultantes al biocatalizador, lo que permite la producción de hidrógeno.
Al imitar las intrincadas estructuras y funciones de la fotosíntesis pure, hemos creado un nanorreactor híbrido que combina la amplia absorción de luz y la eficiencia de generación de excitones de los materiales sintéticos con el poder catalítico de las enzimas biológicas. Esta sinergia permite la producción de hidrógeno utilizando la luz como única fuente de energía.
Luning Lu, profesora, Universidad de Liverpool
El estudio tiene implicaciones importantes y puede reducir la dependencia de metales preciosos costosos como el platino al ofrecer una alternativa más rentable a los fotocatalizadores sintéticos convencionales manteniendo al mismo tiempo una eficiencia comparable.
Esta innovación proporciona una base para la producción sostenible de hidrógeno y podría aplicarse a una variedad de otros procesos biotecnológicos.
Ha sido fantástico colaborar entre las facultades universitarias para lograr estos resultados. Los interesantes hallazgos del estudio abren las puertas a la fabricación de nanorreactores biomiméticos con una amplia gama de aplicaciones en energía limpia e ingeniería enzimática, contribuyendo a un futuro neutro en carbono.
Andy Cooper, profesor y director, Supplies Innovation Manufacturing facility, Universidad de Liverpool
Referencia de la revista:
Yang, J., et. Alabama. (2024) Nanorreactor híbrido impulsado por luz que aprovecha la sinergia de carboxisomas y estructuras orgánicas para la producción eficiente de hidrógeno. Catálisis SCA. doi.org/10.1021/acscatal.4c03672
