光駆動型微生物－ナノ材料ハイブリッドによるCO₂変換：合成、材料、微生物工学、リアクター設計の革新

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:A comprehensive overview of the current state and future directions in light-driven microbe-nanomaterial hybrids for CO2 conversion, useful for identifying research gaps and opportunities.

🏢実務担当者:Provides insight into emerging technologies for CO2 utilization that could be integrated into corporate sustainability strategies, though still at an early stage.

🏛政策担当者:Highlights the potential of biohybrid systems for carbon capture and utilization, which could inform funding priorities and innovation policies.

太陽駆動型微生物−ナノ材料ハイブリッド（MNHs）は、無機光触媒の広帯域光捕集能力と生細胞の比類なき触媒特異性を相乗させることで、カーボンニュートラルへの変革的経路を提供する。しかし、これらのシステムを実験室での新奇性から拡張可能な技術へと転換するには、生物−非生物界面の厳密な理解が必要である。本レビューは、光触媒的電子移動の物理化学と微生物代謝工学を橋渡しする包括的な枠組みを提供する。我々は、細胞外、ペリプラズム、細胞質への統合に及ぶ空間アーキテクチャが、光触媒から微生物への電荷移動の熱力学的駆動力と速度論的ボトルネックをどのように決定するかを批判的に検討する。次世代光触媒ナノ材料（単原子触媒、Zスキームアーキテクチャ、ペロブスカイトを含む）の最近の進歩を、プログラム可能な微生物シャーシおよび合成CO2固定経路と統合することにより、ハイブリッド最適化の合理的基盤を確立する。さらに、気液物質移動の制約を克服し、組み込まれた光触媒のフォトン経済性を最大化するために設計された、光ファイバースキャフォールドやナノ閉じ込めハイドロゲルなどの新興のアセンブリ戦略と新規リアクター形状を評価する。最後に、光触媒の劣化、速度論的不整合、およびバイオセーフティという持続的課題を克服するための戦略的ロードマップを概説し、持続可能な化学製造におけるMNHsの展開を加速するための標準化されたベンチマーキングと本質的バイオ封じ込め原則を提唱する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Solar-driven microbe−nanomaterial hybrids (MNHs) offer a transformative pathway for carbon neutrality by synergizing the broad-spectrum light-harvesting capabilities of inorganic photocatalysts with the unparalleled catalytic specificity of living cells. However, translating these systems from laboratory curiosities to scalable technologies requires a rigorous understanding of the biotic−abiotic interface. This review provides a comprehensive framework bridging the physical chemistry of photocatalytic electron transfer with microbial metabolic engineering. We critically examine how spatial architectures, spanning extracellular, periplasmic, and cytoplasmic integrations, dictate the thermodynamic driving forces and kinetic bottlenecks of photocatalyst-to-microbe charge transfer. By synthesizing recent advancements in next-generation photocatalytic nanomaterials (including single-atom catalysts, Z-scheme architectures, and perovskites) with programmable microbial chassis and synthetic CO2 fixation pathways, we establish a rational basis for hybrid optimization. Furthermore, we evaluate emerging assembly strategies and novel reactor geometries, such as optical fiber scaffolds and nanoconfined hydrogels, designed to overcome gas−liquid mass-transfer limitations and maximize the photon economy of the embedded photocatalysts. Finally, we outline a strategic roadmap to overcome the persistent challenges of photocatalyst degradation, kinetic mismatch, and biosafety, advocating for standardized benchmarking and intrinsic biocontainment principles to accelerate the deployment of MNHs in sustainable chemical manufacturing.

• openalex https://doi.org/10.1021/acsaem.6c00910first seen 2026-05-29 05:07:54 · last seen 2026-06-17 07:06:55