调控胞外电子实现纳米材料的生物定向合成

　　 纳米材料在近年来得到了越来越广泛的应用，但仍普遍存在成本高、合成操作复杂等问题。在这方面，生物合成法具有明显优势，但在现阶段该技术面临的一个关键瓶颈是难以实现纳米材料的可控、高效合成。中国科学院城市污染物转化重点实验室的俞汉青教授和李文卫教授课题组合作，实现了金属纳米材料的生物定向合成，相关研究成果在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 12149？12152）杂志上发表，并被选为后封面文章。 

　　图1 纳米材料的定向生物合成途径 

　　该研究组通过构建不同的基因工程菌株，调控异化金属还原菌希瓦氏的电子流向，分别开发回收细菌的胞内和胞外的材料自组装能力，实现了零价硒纳米材料和硒化镉量子点这两种产物的定向合成。基因工程菌株PYYDT-cymA胞外电子输送能力加强，被赋予较强的零价硒合成能力。基因工程菌株？cymA代谢产生的电子被成功用于组装硒化镉量子点，其合成的量子点产量是野生菌株的1.7倍，合成速度远超相关研究报道。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）X射线吸收谱（XAFS）表征，成功揭示？cymA菌株含有最高的Se-Cd配位数（2.5），键长是2.60 ？，而PYYDT-cymA菌株则含有最高的Se-Se配位数（1.3），键长是2.34 ？。XAFS结果表明可通过改变希瓦氏电子流，调控硒的转化产物，实现纳米颗粒的定向组装。在这项工作中，同步辐射光源帮助该研究组解开了硒在不同基因工程菌株中的代谢产物分布和配位信息，为揭示生物细胞内Se的转化产物分布与胞外电子流之间的相关性提供了关键证据。这个工作是一个非常有意义的推动性的工作，能够为纳米材料“生物工厂”的优化设计和调控带来新的启示。 

　　图2 不同菌株组装纳米材料后的硒元素X射线吸收谱 

　　发表文章： 

　　Li-Jiao Tian, Wen-Wei Li,* Ting-Ting Zhu, Jie-Jie Chen, Wei-Kang Wang, Peng-Fei An, Long Zhang, Jun-Cai Dong, Yong Guan, Dong-Feng Liu, Nan-Qing Zhou, Gang Liu, Yang-Chao Tian, and Han-Qing Yu*, Directed Biofabrication of Nanoparticles through Regulating Extracellular Electron Transfer J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 12149？12152.