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  酶燃料电池是一种新型的燃料电池,通过生物酶在电极上的催化,将底物(如糖类)中的化学能直接转化为电能。酶燃料电池具有反应条件温和、安全、环保、底物容易获得且价格低廉等优点,被认为是下一代可为移动电子产品供电的绿色电池之一,具有广阔的商业前景。葡萄糖是酶燃料电池中使用最为普遍的底物,它有着极高的储能密度。然而,此前的研究由于仅使用了单一酶,或使用了效率一般的多酶系统,均无法将葡萄糖底物充分地氧化利用,因而导致大量化学能难以被释放,电池的能量转化效率低。

  中国科学院天津工业生物技术研究所体外合成生物学团队经过一年多的努力,开发了一套不依赖ATP和CoA的体外多酶分子机器系统,该系统由12个酶组成,可将葡萄糖完全氧化,每个葡萄糖分子释放24个电子,实现了接近100%的能量转化效率。该研究首次定量证明了葡萄糖在酶燃料电池中可以被完全氧化,使糖电池的能量密度得以最大化。此外,通过替换和添加新的酶器件,经过体外途径工程的改造,该酶燃料电池在室温下的输出电流实现了从2.8提高至6.9 mA/cm2。这一研究预示着利用体外途径工程和多酶分子机器将糖能转化为电能具有巨大的潜力和应用前景。

  该研究获得了中科院天津工生所、美国Cell-Free Bioinnovations公司和美国弗吉尼亚理工大学的大力支持,相关成果发表在《代谢工程》(Metabolic Engineering)上。

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