Collaborative Research: Artificial Photosynthesis Based on Archaeal Lipids and Proteins for Biofuels

合作研究:基于古菌脂质和蛋白质的人工光合作用用于生物燃料

基本信息

  • 批准号:
    1437798
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 13万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-09-01 至 2018-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Principal Investigator: Parkson ChongNumber: 1437930Title: Collaborative Research: Artificial Photosynthesis Based on Archaeal Lipids and Proteins for BiofuelsInstitution: Temple UniversityThe goal of this project is to develop an artificial photosynthesis device to ultimately enable the production of fermentable sugars directly from carbon dioxide and sunlight. These sugars would serve as the renewable feedstock for biofuels production. The concept of reconstituting light harvesting proteins and energy conversion enzymes of photosynthesis into lipid membranes for light driven synthesis of chemical energy carriers required to make sugars from carbon dioxide has been known for many years. However, the low energy conversion efficiency and poor long term stability have hindered further development of this approach. This project will make new artificial photosynthesis devices using novel biomaterials with much improved long-term stability and energy conversion efficiency. The research activities will also provide multidisciplinary project for training graduate and undergraduate students. This is a collaborative project between Temple University, North Carolina State University, and Drexel University.Technical DescriptionThe goal of this project is to develop an artificial photosynthesis platform that uses bipolar tetra-ether lipids and membrane proteins isolated from thermoacidophilic archaea.integrated into a microfluidic device. The research will study the biochemical and biophysical properties of this artificial photosynthesis platform, and develop a microfluidic device that will serve as a tool to design, fabricate, and evaluate a potentially efficient and durable membrane-based artificial photosynthesis system. This system would support the development of a process that would be capable of converting sunlight, carbon dioxide, and water into carbohydrates for the production of biofuels. The polar lipid fraction E isolated from the archaeon Sulfolobus acidocaldarius will be used as the membrane matrix. These lipids are extremely stable and non-toxic. An ATP synthase will also be isolated from the same thermoacidophile, which is intended to provide stability to the reconstituted protein membrane system and enhance the overall yield of ATP synthesis. Microfluidic chips will be developed to accommodate the bacteriorhodopsin/ATP synthase/archaeal lipid membrane system. The proton pumping efficiency of bacteriorhodopsin in archaeal lipid planar membranes, the ATP synthesis efficiency of the system, and the carbon-fixation efficiency from ATP to glyceraldehyde-3-phosphate will be individually measured to assess the performance of the artificial photosynthesis platform. The research activities will also provide multidisciplinary project for training graduate and undergraduate students.
首席研究员:Parkson Chong 编号:1437930 标题:合作研究:基于古细菌脂质和蛋白质的人工光合作用用于生物燃料 机构:天普大学 该项目的目标是开发一种人工光合作用装置,最终能够直接利用二氧化碳和阳光生产可发酵糖。 这些糖将作为生物燃料生产的可再生原料。 将光合作用的光捕获蛋白和能量转换酶重构到脂质膜中以用于光驱动合成从二氧化碳制造糖所需的化学能量载体的概念已经众所周知多年。然而,能量转换效率低和长期稳定性差阻碍了该方法的进一步发展。该项目将使用新型生物材料制造新型人工光合作用装置,大大提高长期稳定性和能量转换效率。 研究活动还将提供多学科项目来培养研究生和本科生。 这是天普大学、北卡罗来纳州立大学和德雷克塞尔大学之间的一个合作项目。技术描述该项目的目标是开发一种人工光合作用平台,该平台使用从嗜热嗜酸古菌中分离的双极性四醚脂质和膜蛋白。集成到微流体中设备。 该研究将研究该人工光合作用平台的生物化学和生物物理特性,并开发一种微流体装置,该装置将作为设计、制造和评估潜在高效且耐用的基于膜的人工光合作用系统的工具。该系统将支持开发一种能够将阳光、二氧化碳和水转化为碳水化合物以生产生物燃料的工艺。 从古细菌酸热硫化叶菌中分离出的极性脂质组分 E 将用作膜基质。这些脂质非常稳定且无毒。 ATP 合酶也将从相同的嗜热嗜酸菌中分离出来,其目的是为重建的蛋白质膜系统提供稳定性并提高 ATP 合成的总产量。 将开发微流控芯片以适应细菌视紫红质/ATP合酶/古细菌脂膜系统。将单独测量古菌脂质平面膜中细菌视紫红质的质子泵效率、系统的ATP合成效率以及从ATP到3-磷酸甘油醛的碳固定效率,以评估人工光合作用平台的性能。 研究活动还将提供多学科项目来培养研究生和本科生。

项目成果

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