《自然》子刊!陕西名校开发”人工树叶”,能进行”光合作用”?

树木叶片光合作用对二氧化碳(CO2)的固定,对维持生态平衡起着关键作用。然而,在全球工业化进程加速的背景下,CO2排放量不断增加,使光合作用负担过重,对生态平衡构成重大威胁。在这种情况下,开发人工树叶处理环境超载的CO2对于“碳中和”意义重大。
近期,陕西科技大学轻工科学与工程学院(柔性电子学院)生物质与功能材料研究所(王学川教授团队)与纤维新材料及废弃物资源化利用团队(张素风教授团队)成员合作,制备了一种迄今为止最接近自然叶片的EcoLeaf。该工作以“Artificial cellulosic leaf with adjustable enzymatic CO2 sequestration capability”为题,发表在Nature Communications
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该叶片以纸为基材,利用活性自由基聚合技术在其表面接枝构筑光响应聚合物涂层,与此同时将光合作用的关键固碳酶—碳酸酐酶原位包埋在其中。在可见光照射下,光响应性交联涂层结构发生变化,从而实现交联网孔(仿叶片气孔)的可控开合,进而实现载酶叶片对空气中CO2固碳速率的调节
此外,该Ecoleaf具有与天然叶片相似的机械性能,并可顺利地参与生态系统降解与养分循环过程,实现“化作春泥更护花”的美好理想。Ecoleaf中的固碳途径具有较为灵活的可设计性,未来可为其它生物固碳途径提供仿生的多功能平台。
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陕西科技大学是本论文的唯一通讯单位,轻工科学与工程学院(柔性电子学院)硕士生杜晨曦为该论文的第一作者,朱兴副教授与贺斌博士为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、陕西省重点研发计划、陕西省教育厅重点项目的支持。
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陕科大生物质与功能材料研究所创立于1998年,创立以来始终坚持“以科技为动力,以环保为己任”的发展理念开展各项工作,取得了一系列科研教学成果。承担国家863计划项目、“十一五”国家科技支撑计划项目课题、“十三五”国家重点研发项目课题等国家级项目30余项,以及发改委、工信部和陕西省省部级及横向项目60余项,获国家科技发明二等奖、国家级教学成果二等奖,以及多项省部级科学技术奖。
纤维新材料及废弃物资源化利用团队依托陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室、陕西省生物质化学与材料国际联合研究中心、中国轻工业纸基功能材料实验室、西安市国际科技合作基地,聚焦国家重大战略,潜心于高性能纤维以及天然纤维素基功能材料的基础研究、技术开发与产业化应用,成果处于国际先进水平。团队主持的国家级、省部级科研项目有20余项,金额超过400万元;与企事业科研单位完成横向科研项目30余项,金额约为600余万元。
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党的二十大报告指出,要加快发展方式绿色转型,实施全面节约战略,发展绿色低碳产业,倡导绿色消费,推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。在轻工科学与技术等领域,陕科大人的足迹将持续向“绿”而行,为践行“双碳”目标注入源源活力。
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注:文章部分素材来自陕西科技大学新闻网、陕西科技大学轻工科学与工程学院(柔性电子学院)官网等