p A imobilização é considerada uma estratégia viável para lidar com a toxicidade e a poluição por nanomateriais enfrentadas por nano-catalisadores em aplicações práticas. Uma equipe de pesquisa da ShanghaiTech University coletou geneticamente Escherichia coli biofilmes como substratos vivos para imobilizar catalisadores em nanoescala. A matriz de biofilme fornece uma interface benigna e robusta entre nano-catalisadores e células vivas, em que três sistemas de reação catalítica sintonizáveis ​​e recicláveis ​​foram demonstrados. p Objetos em escala nanométrica (1 -100 nm) são nano-catalisadores desejáveis ​​caracterizados com mais sítios catalíticos ativos devido a maiores proporções de área de superfície para volume. A natureza da nanoescala traz vários desafios inerentes, como vazamento de nano-catalisadores para o ambiente e dificuldades na reutilização de nanocatalisadores em ciclos de reação repetidos. Uma estratégia importante para enfrentar esses desafios tem sido a imobilização de nanoobjetos em vários substratos por meio de uma variedade de abordagens tecnológicas. Contudo, substratos inorgânicos e bio-derivados ou bioinspirados obviamente carecem de atributos "apenas biológicos", como auto-regeneração, escalabilidade baseada no crescimento celular, e a capacidade das células de biossintetizar enzimas complexas, substratos, co-enzimas, ou outros reagentes ou componentes de reação necessários in situ. Além disso, estudos que imobilizaram nanoobjetos diretamente nas superfícies das células relataram danos às células.

p O grupo Zhong da Divisão de Materiais e Biologia Física, na ShanghaiTech University fez um grande avanço conceitual no desenvolvimento de uma nova interface abiótica / biótica para a integração e imobilização de objetos em nanoescala com células vivas para catálise. Muito brevemente, eles mostraram com sucesso como os monômeros amiloides projetados expressavam, secretado e montado na matriz extracelular da vida Escherichia coli ( E. coli ) biofilmes podem ser aproveitados para ancorar catalisadores funcionais de nanoescala para torná-los altamente eficientes, escalável, sintonizável, e sistemas catalisadores vivos reutilizáveis. Em seus estudos de prova de conceito, eles demonstraram três sistemas catalíticos simples, incluindo nanopartículas de ouro ancoradas em biofilme para degradar o poluente p-nitrofenol, Cd híbrido ancorado em biofilme _0.9 Zn _0,1 Pontos quânticos S (QDs) e nanopartículas de ouro para degradar com eficiência os corantes orgânicos, e CdSeS @ ZnS QDs ancorados em biofilme em um sistema de fotossíntese semi-artificial de dupla cepa bacteriana para produção de hidrogênio. Conforme revelado em seus estudos, a matriz extracelular em biofilmes de fato fornece um meio ideal para interface e ancoragem de nanoobjetos para catálise direta e para sua integração com o metabolismo de células vivas:mesmo após várias rodadas de reações, nano-catalisadores ainda estavam fortemente ancorados a biofilmes e os E. coli as células ainda estavam vivas para fácil regeneração. Mais importante, tal abordagem abriria os atributos extremamente poderosos e únicos dos sistemas vivos.

p Existe uma grande diversidade de biofilmes bacterianos com diferentes funcionalidades na natureza, e seu estudo, portanto, estabelece a base conceitual para o acoplamento das propriedades e capacidades exclusivamente dinâmicas desses materiais vivos com as nanopartículas altamente reativas para resolver de forma inovadora os desafios em biorremediação, bioconversão, e energia. Sua pesquisa estimulará novas pesquisas para a criação de sistemas de reação mais eficientes e industrialmente importantes, por meio da construção e integração de biofilmes / sistemas catalíticos híbridos inorgânicos mais intrincados.