新闻网讯 近日，我校化学化工与生命科学学院张甜教授团队在生物系统对二氧化碳(CO2)的可持续利用方面的研究取得重要进展，成果以“A biopiezocatalyst harnessing mechanical energy to enhance bioplastic production from CO2 and organic carbon”为题，发表在国际学术期刊《自然·通讯》(Nature Communications）上。我校化学化工与生命科学学院为唯一通讯单位和第一完成单位，Pier Luc Tremblay教授为论文第一作者，张甜教授为通讯作者。

二氧化碳作为主要的温室气体，其排放量在全球范围内不断增加，推动全球气候变化。如何减少CO2排放并有效利用CO2资源是近年来工业界与学术界聚焦的研究热点之一，其中利用微生物固定CO2进行有机化学品合成是一个重要方向。自养微生物能够通过固碳途径将CO2转化为多碳有机化学品，如Cupriavidus necator可以通过Calvin-Benson-Bassham(CBB)途径将CO2转化为聚羟基丁酸酯(PHB)等生物塑料，开辟碳一工业尾气资源化利用的路线，但其生产效率面临能量消耗高和效能低的问题。

针对自养微生物转化CO2的效率瓶颈问题，张甜教授团队创新性地将自养微生物Cupriavidus necator和压电材料锌氧化物(ZnO)纳米片结合，利用ZnO的压电效应，将机械能（如超声振动和波浪运动）转化为电能，促进微生物细胞内的电子转移，显著提高微生物转化CO2合成生物塑料的效率。研究发现，在机械刺激下，该系统还能在果糖作为营养底物的条件下实现异养合成生物塑料的增强。这一系统开创了通过机械能驱动微生物代谢合成多碳有机化学品的新途径。

该研究成果建立了全新的机械能驱动生物压电催化的混合技术，将二氧化碳转变成生物塑料，为可持续绿色生物制造提供了新的思路，具有重要的工业应用潜力。

张甜教授团队长期致力于新型绿色生物能源技术及材料的开发与应用，通过结合微生物学、合成生物学、电化学、材料学等多学科知识和技术，在CO2资源化利用、生物电合成、生物环境修复、DNA传感器、地质生物学等领域取得了一系列科研成果(Chem. Eng. J. 2021, 418, 129357；Trends in Biotechnology，2017，360-371；Science，2015，350，738-739 )。

图1 ZnO-Cupriavidus necator生物压电催化系统与电荷转移原理

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63576-y

文：韩卫；编辑：曹明；审核：韩同远、李俊升