[发明专利]一种光活性人工细胞的构建方法及其在同步绿色合成戊二胺和甲酸上的应用

说明书

本发明公开了一种光活性人工细胞的构建方法及其在同步绿色合成戊二胺和甲酸上的应用。该方法基于人工细胞的角度，以构建人工细胞进而实现在同一个纳米空间内进行不同的催化反应，促进生物脱羧释放的COsubgt;2/subgt;快速全捕捉，提高甲酸得率；其次本发明通过人工细胞实现酸碱零添加的生物脱羧和甲酸同步绿色合成，提高了甲酸的产量，同时利用太阳能为人工细胞提供还原力。该方法反应条件温和，选择性高，过程绿色友好，利用无限可再生的太阳能提供还原力，降低生产成本，在不影响生物脱羧的前提下，避免生物脱羧过程中的碳损失以及微环境迅速碱化对甲酸合成的抑制。

技术领域

本发明涉及人工细胞领域，具体涉及一种光活性人工细胞的构建方法及其在同步绿色合成戊二胺和甲酸上的应用。

背景技术

生物脱羧反应技术路线优势明显，与化学脱羧相比，其反应条件更温和、选择性更高，过程也绿色友好，如戊二胺、丁二胺和乙醇胺等大多数都是氨基酸及其衍生物通过生物脱羧获得。过程中存在CO₂释放，导致碳损失，原子经济性降低，二是脱羧后溶液呈碱性，需要加入大量外源酸维持生物催化反应的中性环境，产品分离时又要加入碱游离，产生大量废弃盐，环境压力大。

赖氨酸脱羧酶（Lysine decarboxylase，CadA）通过生物脱羧可以将L-赖氨酸直接转化为1，5-戊二胺，同时释放CO₂；甲酸脱氢酶(Formate dehydrogenase, FDH)将CO₂还原成甲酸，适合耦合氨基酸脱羧生成胺类化合物；甲酸脱氢酶固定CO₂速率远低于赖氨酸脱羧酶释放CO₂速率，快速释放的CO₂没有在纳米空间内被迅速完全捕捉，且固定CO₂产生甲酸需要消耗NADH。

发明内容

针对赖氨酸脱羧酶催化快速释放的CO₂难以迅速地在纳米空间内完全捕捉，以及NADH的再生问题，本发明提供了一种光活性人工细胞的构建方法及其在同步绿色合成戊二胺和甲酸上的应用，本发明根据赖氨酸脱羧酶、碳酸酐酶和甲酸脱氢酶的不同催化速率和特征，分别构建了不同的纳米材料作为人工细胞器，赖氨酸脱羧酶和碳酸酐酶共固定于多孔结构的ZIF材料中，甲酸脱氢酶和NADH共固定于阳离子聚合修饰的ZIF材料中，将两种纳米材料以及光催化剂封装在金属酚网络结构中，制备成新型光活性人工细胞，促进CO₂的快速捕捉以及NADH的再生。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种光活性人工细胞的构建方法，包括以下步骤：

步骤1，将赖氨酸脱羧酶和碳酸酐酶按质量比为1-100：10溶于去离子水中搅拌均匀，加入金属离子A，提高转速持续搅拌5-10min后，加入氧化剂继续搅拌，离心，洗涤干燥得纳米材料A；

步骤2，将甲酸脱氢酶和NADH按质量比为1-3:3溶于去离子水中搅拌均匀，加入二甲基咪唑和金属离子B，搅拌5-10min，加入阳离子聚合物，提高转速继续搅拌，离心，洗涤干燥得纳米材料B；

步骤3，将等量子点和光敏剂按质量比为10-100：1溶于去离子水中，搅拌10-20min，离心得光催化剂A；

步骤4，取琼脂糖溶于去离子水中形成溶液A，将纳米材料A、纳米材料B按质量比为1-25：5的量溶于溶液A中，搅拌均匀，后，转移到矿物油中得溶液B，再将溶液B倒入NaCl溶液中，冰浴搅拌，离心并洗涤沉淀得模板A；

步骤5，将模板A溶于去离子水中，加入单宁酸和光催化剂A搅拌均匀，再加入FeCl₃·6H₂O，搅拌均匀，离心洗涤收集颗粒；或者将将模板A溶于去离子水中，加入MOFs材料搅拌均匀后，离心洗涤收集颗粒；当选用单宁酸和FeCl₃·6H₂O时，单宁酸和FeCl₃·6H₂O的质量比为1-10:1；