大阪公立大學(xué)人工光合成研究中心天尾豐教授、大阪市立大學(xué)研究生院理學(xué)研究科紀太悠研究生組成的研究團隊，通過組合利用太陽光的光氧化還原系和2種酶，讓二氧化碳與丙酮結(jié)合生成了3-羥基丁酸，該反應(yīng)的收率高達約80%。3-羥基丁酸是制造不溶于水且具有強度的聚酯、通常多用于包裝材料的多羥基丁酸（PHB）的原料。

圖1.通過丙酮和二氧化碳合成3-羥基丁酸的新型人工光合作用（供圖：大阪公立大學(xué)）

參考自然界的植物利用太陽能將二氧化碳固定成葡萄糖和淀粉的天然光合作用，研究團隊認為如果能把二氧化碳作為原料固定成有機化合物，那么就可以制造出生物分解性塑料原料及塑料本身，從而實現(xiàn)完美的人工光合作用。

為此，研究團隊在光合細菌中發(fā)現(xiàn)并提取出了丙酮羧化酶（Acetone carboxylase，AC）和3-羥基丁酸脫氫酶（3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase，HBDH），并將二者加入到了由色素和催化劑構(gòu)成的光氧化還原系中。

結(jié)果成功使二氧化碳與丙酮相結(jié)合，通過AC的作用生成了乙酰乙酸，通過HBDH的作用將乙酰乙酸轉(zhuǎn)化成為3-羥基丁酸。丙酮的收率高達約80%，通過這種使用人工光合作用的新技術(shù)，高效合成了3-羥基丁酸。

天尾教授表示：“目前在推進之中中的大多數(shù)的人工光合作用，大都是要么分解水制氫，要么還原二氧化碳制取一氧化碳、甲酸、甲醇等，這些研究都旨在生成新一代燃料。而我們則重新審視了以二氧化碳為原料形成淀粉這種高分子材料的天然光合作用的原理，希望能夠研發(fā)出以二氧化碳制造有用的生物降解性塑料的人工光合作用”。

原文：《科學(xué)新聞》

【論文信息】
雜志：Chemical Communications
論文：Visible-light driven3-hydroxybutyrate synthesis from CO2 and acetone with the hybrid system of photocatalytic NADH regeneration and multi-biocatalysts
DOI：doi.org/10.1039/D2CC03660F