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觀海局

近日，廈門大學海洋與地球?qū)W院、海洋生物地球化學全國重點實驗室戴民漢教授團隊在利用金屬有機框架（Metal-Organic Frameworks, MOF）強化微藻光合固碳領域取得重要進展。相關成果以“Self-assembled metal organic frameworks enhance carbon fixation in Spirulina”為題，發(fā)表于Communications Materials.

研究背景

人為CO?的大量排放是引發(fā)當前氣候危機的主要誘因，開發(fā)可規(guī)?；腃O?去除技術已成當務之急，其中強化微藻光合作用是一條極具潛力的路徑。本研究提出了一種靶向CO?去除的創(chuàng)新策略：采用混合配體法合成具有水穩(wěn)定性的伯胺功能化金屬有機框架材料（ZIF-8-NH?），并將其直接組裝于一類典型微藻——鈍頂螺旋藻（Spirulina platensis）表面。

鑒于ZIF-8-NH?優(yōu)異的CO?吸附能力，其在微藻表面的原位自組裝能夠構建富碳微環(huán)境，促進微藻從水體中捕獲CO?并用于光合作用，從而實現(xiàn)對水環(huán)境中CO?的高效去除。

研究結(jié)果

1. 微藻-金屬有機框架復合體系構建

光譜學表征、實驗驗證及掃描電鏡分析證實（圖1），ZIF-8-NH?表面的伯胺官能團能與微藻膜蛋白形成氫鍵。這種特異性相互作用確保了金屬有機框架材料在微藻表面的穩(wěn)定自組裝，成功構建了“微藻@金屬有機框架”復合體系。

圖1.不同放大倍數(shù)下ZIF-8-NH2在鈍頂螺旋藻表面自組裝的掃描電子顯微鏡圖像、金屬有機框架與微藻的自組裝機制示意圖、以及金屬有機框架ZIF-8-NH2對鈍頂螺旋藻吸收CO2作用的機制圖

1. 金屬框架對微藻固碳性能的提升

研究進一步量化了該組裝體系對微藻生長的促進作用：

1) 生物量顯著增長（圖2）：在無碳培養(yǎng)基中，修飾后的螺旋藻（S. platensis@ZIF-8-NH?）的最大細胞干重較未修飾組提升了149%（培養(yǎng)第六天，在MOF投加濃度為50ppm條件下的最大細胞干重與空白相比）。

2) 固碳效率突破（圖3）：在無外源碳酸氫鈉添加的貧碳培養(yǎng)環(huán)境中，修飾后螺旋藻的CO?生物固定速率較對照組提升了93%。這一結(jié)果顯示該材料能有效緩解無機碳限制對微藻生長的影響。

圖2.不同培養(yǎng)基中鈍頂螺旋藻的細胞干重及680 nm處吸光度（OD680）隨培養(yǎng)時間的變化。其中(a)和(b)分別為無碳培養(yǎng)的鈍頂螺旋藻的細胞干重及OD680，(c)和(d)分別對應有碳培養(yǎng)的鈍頂螺旋藻的細胞干重及OD680，圖例為不同的MOF投加濃度

圖3.傳統(tǒng)（T）和改良（I）Zarrouk培養(yǎng)基中鈍頂螺旋藻（S. platensis）及修飾螺旋藻（S. platensis@ZIF-8-NH2）最大比生長速率（μmax）與最大CO2生物固定速率（RCO2max）

本研究通過構建“微藻@金屬有機框架”仿生組裝體系，解析了其自組裝的機理，證實了該界面工程策略對微藻光合固碳效率的顯著提升作用。上述結(jié)果不僅開辟了新型人工二氧化碳濃縮路徑，也為海洋碳移除及碳封存技術的創(chuàng)新提供了新方案。該技術在大規(guī)模微藻培養(yǎng)設施中具有廣闊的工業(yè)化應用前景，有望推動水生生態(tài)系統(tǒng)固碳向高效化、集約化與智能化方向發(fā)展。

研究團隊

該論文第一作者為廈門大學2023級博士生榮悅，通訊作者為戴民漢教授，合作作者包括姜源教授和林昕副教授等。

論文來源及鏈接

Rong, Y., Chen, J., Zhang, M., Wu, T., Jiang, Y., Lin, X. and Dai, M.*, 2025. Self-assembled metal organic frameworks enhance carbon fixation in Spirulina. Communication Material 6, 259 (2025).

https://doi.org/10.1038/s43246-025-00991-0

供稿｜戴民漢課題組

編輯｜朱佳 蘇穎

排版｜陳蕾

審核｜羅亞威 萬顯會 游偉偉 陳向柳

來源：廈門大學海洋與地球?qū)W院

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