隨著合成生物學(xué)與材料科學(xué)的深度融合，利用活體微生物體系構(gòu)建功能材料已成為前沿研究熱點(diǎn)。在這一背景下，物質(zhì)學(xué)院鐘超課題組另辟蹊徑，通過(guò)先進(jìn)的基因工程手段對(duì)細(xì)菌生物被膜進(jìn)行精準(zhǔn)改造，成功開(kāi)發(fā)出一種新型的細(xì)菌生物被膜-無(wú)機(jī)納米雜化催化材料，并建立了相應(yīng)的純化流程，為高效、可持續(xù)的催化應(yīng)用開(kāi)辟了新途徑。

傳統(tǒng)催化材料往往依賴(lài)貴金屬或苛刻的合成條件，存在成本高、能耗大、環(huán)境不友好等問(wèn)題。而細(xì)菌生物被膜作為一種由微生物自身分泌的天然蛋白質(zhì)多聚物基質(zhì)，具有自組裝、環(huán)境響應(yīng)、可基因編程等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。鐘超課題組的研究核心在于，通過(guò)基因工程手段，對(duì)大腸桿菌等模式菌株的生物被膜主要組分——卷曲菌毛蛋白進(jìn)行理性設(shè)計(jì)。研究團(tuán)隊(duì)在蛋白序列中特異性引入了能夠強(qiáng)烈結(jié)合并引導(dǎo)無(wú)機(jī)納米顆粒（如金屬氧化物、貴金屬納米粒子）原位礦化的功能肽段。當(dāng)工程菌在適宜條件下生長(zhǎng)時(shí)，它們不僅能自發(fā)形成堅(jiān)固、有序的三維生物被膜網(wǎng)絡(luò)，還能同步將溶液中的金屬前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為納米顆粒，并將其精確地固定在被膜纖維的特定位點(diǎn)上，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)納米催化劑在生物模板上的均勻、高密度負(fù)載。

這種雜化材料巧妙融合了生物大分子的有序性和無(wú)機(jī)納米顆粒的高催化活性。與物理混合或表面吸附法制備的雜化材料相比，這種基因指導(dǎo)的原位合成策略確保了無(wú)機(jī)相與生物相在分子尺度的緊密耦合與界面優(yōu)化，顯著提升了材料的穩(wěn)定性和活性位點(diǎn)的可及性。實(shí)驗(yàn)表明，該雜化材料在多種重要催化反應(yīng)中，如硝基化合物還原、有機(jī)染料降解等，均展現(xiàn)出遠(yuǎn)高于游離納米顆粒或傳統(tǒng)負(fù)載型催化劑的活性和循環(huán)使用穩(wěn)定性。生物被膜提供的柔性多孔結(jié)構(gòu)有利于反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)，而其固有的自修復(fù)特性也為材料的長(zhǎng)壽命運(yùn)行提供了可能。

材料的成功開(kāi)發(fā)離不開(kāi)高效的后續(xù)純化流程。課題組發(fā)展了一套溫和的物理-化學(xué)聯(lián)用純化策略：首先通過(guò)低速離心或過(guò)濾收獲菌體及形成的雜化被膜材料；隨后利用特定的緩沖液洗滌，去除未結(jié)合的菌體和游離納米顆粒；通過(guò)可控的酶處理或溫和的化學(xué)處理，在不破壞無(wú)機(jī)納米催化劑活性的前提下，部分降解或修飾生物被膜基質(zhì)，從而得到高純度、高催化活性的雜化材料粉末或固定化催化模塊。該純化流程高效、可控，為材料的規(guī)模化制備與應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

這項(xiàng)研究不僅展示了一種構(gòu)建高性能生物-無(wú)機(jī)雜化催化材料的創(chuàng)新范式，更凸顯了合成生物學(xué)在‘造物致用’方面的強(qiáng)大能力。通過(guò)基因編程對(duì)生命系統(tǒng)進(jìn)行‘材料化’改造，使其按預(yù)設(shè)指令合成功能復(fù)合材料，為未來(lái)開(kāi)發(fā)智能、自適應(yīng)、綠色低碳的下一代催化體系與功能材料提供了全新的思路和強(qiáng)大的工具箱。鐘超課題組的這一成果，標(biāo)志著我國(guó)在生物啟發(fā)與生物制造交叉領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，具有廣闊的科學(xué)意義與應(yīng)用前景。