氮化碳在微藻培养中的应用

本发明属于材料-微生物交叉领域，具体涉及氮化碳在微藻培养中的应用。

背景技术：

1、蓝细菌(又名蓝藻，属于原核微藻)是一类具有良好环境适应性的微生物，因其生长速率快、细胞结构简单以及基因操作便捷而受到广泛关注，被视为可持续的生物燃料和化学品生产的潜在平台。然而，蓝细菌的天然光合作用系统存在一定的局限性，主要体现在其光谱吸收范围窄、光捕获和转化效率低。为了克服这一瓶颈，研究者们探索通过基因工程和合成生物学手段来改造蓝细菌，使其能够更有效地利用光能，但受限于天然光合系统的固有特性以及光损伤等问题，仅通过生物改造来提高蓝细菌光合效率无法最大限度地实现太阳能的转化与co2的固定。

2、另一方面，半导体材料介导的人工光合系统展现出高效的光能捕获能力，能够吸收光能并产生电子，实现较高的太阳能转换效率。然而，人工光合系统在复杂产物的选择性、规模化生产潜力以及长期稳定性方面存在不足，阻碍了其实际应用。为突破这一技术难题，科研人员提出了一种创新性的解决方案，即构建半导体材料与微生物的杂化体系，并结合近年来迅速发展的合成生物学技术，实验光驱固碳生产多种生物基化学品。

3、氮化碳，尤其是石墨相氮化碳(g-c3n4)，作为一种新型的碳基材料，在半导体领域展现出了广泛的应用前景。这种材料以其独特的光电性能和化学稳定性而受到关注，使其成为电子器件、光电器件、传感器和电子封装材料的理想选择。在半导体器件中，氮化碳的优异电子结构和化学稳定性使其在光催化领域尤其受到重视。g-c3n4具有适当的能带结构(约2.7ev)，这使得它能够有效地吸收可见光，进而在光催化反应中产生电子-空穴对。这些电子-空穴对可以参与到多种光化学过程中，如光催化产氢、光还原co2以及有机物的降解等。氮化碳的半导体特性也使其在光电化学太阳能电池中具有潜在的应用。由于其宽的能带间隙，g-c3n4可以作为p型半导体与n型半导体材料形成异质结，提高光生电荷的分离效率，从而提高光电转换效率。

4、但是，目前尚无研究报道石墨相氮化碳对微藻生物量及产物积累的显著促进作用。

技术实现思路

1、本团队在研究过程中发现，在微藻的培养体系中加入g-c3n4可促进微藻的生长和生物质积累，推测g-c3n4吸收光能产生的电子可以传递给蓝细菌，能够有效地转化为细胞内的还原力nadph和能量atp，用于细胞的生长和产物合成。

2、基于以上发现，本发明提供了氮化碳在微藻培养中的应用。

3、在一个具体实施方案中，所述氮化碳为g-c3n4。

4、本发明还提供了一种培养微藻的方法，包括在培养环境中加入氮化碳的步骤。

5、在一个具体实施方案中，所述氮化碳为g-c3n4。

6、在一个具体实施方案中，g-c3n4的尺寸为50-500nm。

7、在一个具体实施方案中，g-c3n4的工作浓度为50-500mg/l。

8、在一个具体实施方案中，所述微藻在450-1050μmol photons m-2s-1的光照强度下进行培养。

9、在一个具体实施方案中，所述微藻为聚球藻或其工程菌。

10、本发明通过在微藻培养体系中加入氮化碳材料，得到g-c3n4-蓝细菌杂化体，从而提高微藻的生长速度以及生物质的积累速度，还可以提高微藻中的目标代谢产物的产量。本发明的实践为突破蓝细菌天然光合系统的固有瓶颈，提升光合固碳效率，开创了一种新的路径。

技术特征：

1.氮化碳在微藻培养中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氮化碳为石墨相氮化碳g-c3n4。

3.一种培养微藻的方法，其特征在于，包括在培养体系中加入氮化碳的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氮化碳为石墨相氮化碳g-c3n4。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，g-c3n4的尺寸为50-500nm。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，g-c3n4的工作浓度为50-500mg/l。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微藻在450-1050μmol photons m-2s-1的光照强度下进行培养。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述微藻为聚球藻或其工程菌。

技术总结
本发明涉及氮化碳在微藻培养中的应用，以及一种培养微藻的方法，包括在培养体系中加入氮化碳的步骤。本发明通过在微藻培养体系中加入石墨相氮化碳(g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;)材料，得到g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;‑微藻杂化体，从而提高微藻的生长速度以及生物质的积累速度，还可以提高微藻中的目标代谢产物的产量。本发明的实践为突破蓝细菌天然光合系统的固有瓶颈，提升光合固碳效率，开创了一种新的路径。

技术研发人员：吕雪峰,韩晓娟,王纬华
受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6