简介gydF4y2Ba

气候变化对全球生物多样性、生态系统稳定和人类构成生存威胁。为了减少其最坏的影响，需要协调和广泛的脱碳计划，当然也需要以某种形式直接清除大气中的温室气体gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．尽管在脱碳发电方面有积极的指标gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba在美国，还没有经济上可持续的技术解决方案来减少大气中的二氧化碳(COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba）gydF4y2Ba4gydF4y2Ba；尽管对烟气的捕获正在取得进展gydF4y2Ba5gydF4y2Ba．人类必须依靠大自然自己的碳捕获工程师，而不是可扩展的、实用的工程解决方案;光合生物(光养生物)。光合作用是大自然的碳捕获技术;然而，它在有意义的时间尺度内逆转人为碳富集的能力是不明确的，酶的低效和在适当规模上部署的能力受到质疑。一个潜在的载体是通过植树造林，将收获的树木用于碳捕获和存储生物能源(BECCS)，这是一种负排放技术，可以有助于减少净COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba排放gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．然而，要达到1.5°C的《巴黎协定》目标，BECCS作为主要方法将消耗0.4 ~ 1.2 × 10gydF4y2Ba9gydF4y2Ba公顷土地，相当于目前全球耕地的25-75%gydF4y2Ba6gydF4y2Ba．此外，围绕全球COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba施肥效应使人们对造林的潜在整体效益产生怀疑gydF4y2Ba7gydF4y2Ba．如果我们要达到《巴黎协定》设定的温度目标，就需要从大气中去除100秒的温室气体(GGR)gydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba每年。最近，英国研究与创新中心宣布为五个GGR项目提供资金gydF4y2Ba8gydF4y2Ba包括泥炭地的管理、增强岩石风化、植树、生物炭以及为BECCS过程提供养分的多年生作物的生长。搬移超过130吨gydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba每年从大气中提取所需费用为10-100美元/吨gydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba在0.2至8.1 MtgydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba泥炭地恢复每年52-480美元/吨gydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba在12-27公吨gydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba岩石风化，每年0.4-30美元/吨gydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba360万吨石油当量gydF4y2Ba2gydF4y2Ba每年增加1%，林地面积增加0.4-30美元/tgydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba在6-41 MtgydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba每吨140-270美元gydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba20-70吨COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba为具有BECCS的多年生作物提供gydF4y2Ba9gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

综合这些方法，有可能实现130公吨的目标gydF4y2Ba二氧化碳gydF4y2Ba但岩石风化和BECCS的成本很高，而且生物炭虽然相对便宜，没有土地使用问题，但生产生物炭的过程需要原料。这表明还有开发和部署其他GGR技术的空间。gydF4y2Ba

与其从土地上寻找解决办法，我们有理由向水寻求解决办法;特别是单细胞光养生物，如微藻和蓝藻gydF4y2Ba10gydF4y2Ba．藻类(包括蓝藻)固定了全球约50%的COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba尽管只贡献了全球1%的生物量gydF4y2Ba11gydF4y2Ba．蓝藻是自然界最原始的生物地球工程师，通过含氧光合作用，为呼吸代谢和多细胞生命的进化奠定了基础gydF4y2Ba12gydF4y2Ba．利用蓝藻进行碳捕获的想法并不新鲜gydF4y2Ba13gydF4y2Ba；然而，对其物理部署的创新方法为这些最古老的生物打开了新的视野。gydF4y2Ba

当使用微藻和蓝藻进行工业应用时，开放式池塘和光生物反应器是默认资产。这些培养系统利用悬浮培养，使细胞在生长培养基中自由漂浮gydF4y2Ba14gydF4y2Ba；然而，池塘和光生物反应器存在着许多缺点，如CO含量低gydF4y2Ba2gydF4y2Ba质量传递，高土地和水的使用，容易受到生物污染，建设和运营可能昂贵gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba．规避悬浮培养的生物膜生物反应器具有更高的水和空间利用率;然而，它们有因干燥而受损的风险，容易发生生物膜剥离(从而损失活性生物量)，而且同样容易受到生物污染gydF4y2Ba17gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

需要新的方法来加强COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收速率和克服限制悬浮和生物膜反应器的挑战。由地衣启发的光合生物合成物就是这样一种方法。地衣是由真菌和光生物(微藻和/或蓝藻)组成的复合生物，约占地球陆地面积的12%gydF4y2Ba18gydF4y2Ba．真菌为光合生物的基质提供物理支撑、保护和锚固，反过来又为真菌提供碳(作为多余的光合产物)。提出的生物复合材料是“地衣模拟物”，其中集中的蓝藻种群被固定为支撑基质的薄生物涂层。除了细胞外，生物涂层还包括一种替代真菌的聚合物基质。水基聚合物乳液或“乳胶”受到青睐，因为它们具有生物相容性、健壮性、价格低廉、易于处理，并有可能在工业规模上实现gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba，gydF4y2Ba25gydF4y2Ba，gydF4y2Ba26gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

使用乳胶聚合物的细胞固定化很大程度上受乳胶配方和成膜过程的影响。乳液聚合是一种非均质过程，用于生产合成橡胶、粘合剂涂料、密封剂、混凝土助剂、纸张和纺织品涂料以及乳胶漆gydF4y2Ba27gydF4y2Ba．与其他聚合技术相比，它具有反应速率高、单体转化效率高、产物易于控制等优点gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba28gydF4y2Ba．单体的选择取决于所得到的聚合物膜的期望性能，对于混合单体体系(即共聚)，聚合物的性能可以通过选择形成所得到的聚合物材料的不同单体比例来改变gydF4y2Ba29gydF4y2Ba．丙烯酸丁酯和苯乙烯是丙烯酸乳液中最常见的单体gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，和在这里使用。此外，聚结剂(如德士醇)通常用于促进均匀成膜，在这一过程中，它们可以改变聚合乳胶的性能，从而形成坚固和“连续的”(聚结)涂层。在我们最初的概念验证研究中，使用商用乳胶基涂料在丝瓜海绵上制备了高表面积和大孔三维生物复合材料gydF4y2Ba31gydF4y2Ba．经过长时间和连续的操作(8周)，由于细胞生长削弱了乳胶的结构完整性，生物复合材料在丝瓜支架上保留蓝藻的能力有限。在当前的研究中，我们的目标是开发一系列化学成分已知的丙烯酸乳胶聚合物，用于持续使用的碳捕获应用，而不受聚合物失效的影响。通过这样做，我们展示了设计地衣模拟物的聚合物基质元素的能力，与概念验证生物复合材料相比，能够改善生物性能，大幅增强机械弹性。进一步的优化将加速生物复合材料在碳捕获应用的部署，特别是如果与代谢工程增强CO的蓝藻配对gydF4y2Ba2gydF4y2Ba固定。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

毒性和粘附性筛选gydF4y2Ba

用三种聚合物配方(H -“硬”，N -“正常”，S -“软”)和三种浓度的特士醇(0,4,12% v/v)测试了九种乳胶对两种蓝藻菌株的毒性和粘附性。乳胶类型显著影响细胞生长gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2Ba(scherer - ray - hare试验，乳胶:DF = 2, H = 23.157，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)和工厂检查1479/1A(双向方差分析、乳胶:DF = 2, F = 103.93,gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)(图gydF4y2Ba1gydF4y2Baa).特士醇浓度对gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaPCC 7942生长;只有n型乳胶是无毒的。gydF4y2Ba1gydF4y2Baa)， 0 N和4 N分别支持26和35%的增长(Mann-Whitney U, 0 N vs. 4 N: W = 13.50，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.245;0 N与对照:W = 25.0，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.061;4 N与对照:W = 25.0，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.061)和12 N的持续生长与生物对照相当(Mann-Whitney U, 12 N vs.对照:W = 17.0，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.885)。为gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaCCAP 1479/1A、乳胶共混物和特士醇浓度均为显著影响因素，两者间交互作用显著(双向方差分析，乳胶:DF = 2, F = 103.93，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001，德醇:DF = 2, F = 5.96，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.01，乳胶*德醇:DF = 4, F = 3.41，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.03)。0 N和所有“软”乳胶促进了生长(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Baa).随着苯乙烯成分的减少，有促进生长的趋势。gydF4y2Ba

图1gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba

蓝藻的毒性及粘附试验(gydF4y2Ba聚球藻属elongatusgydF4y2BaPCC 7942和CCAP 1479/1A)与乳胶配方，与玻璃化转变温度(Tg)的关系，以及从毒性和粘附数据得出的决策矩阵。（gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)毒性测试使用个别的蓝藻生长百分比归一化到悬浮培养对照。标记*的处理与对照显著不同。（gydF4y2BabgydF4y2Ba)根据乳胶的Tg绘制的蓝藻生长数据(Mean±StDev;n = 3)。（gydF4y2BacgydF4y2Ba)生物复合材料黏附测试释放的蓝藻累积数。（gydF4y2BadgydF4y2Ba)黏附数据与乳胶的Tg绘制(平均值±StDev;n = 3)。gydF4y2BaegydF4y2Ba由毒性和粘附数据衍生的决策矩阵。“硬”(H)乳胶的苯乙烯与丙烯酸丁酯的比例为1:3，“正常”(N)为1:1，“软”(S)为3:1。乳胶代码中的上述数字对应的是德醇含量。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

在大多数情况下，细胞活力随着特士醇浓度的增加而降低;但两种菌株均无显著相关性(CCAP 1479/1A: DF = 25, r =−0.208，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.299;PCC 7942: DF = 25, r =−0.127，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.527)。数字gydF4y2Ba1gydF4y2Bab表示细胞生长与玻璃化转变温度(Tg)的关系。特克醇浓度与Tg值呈强负相关(H-latex: DF = 7, r =−0.989，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001;N-latex: DF = 7, r =−0.964，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001;S-latex: DF = 7, r = -0.946，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)。数据表明最佳TggydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaPCC 7942生长约17°C(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab),而gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaCCAP 1479/1A倾向于Tg低于0°C(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab). Tg与毒力数据呈很强的负相关关系gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2Ba仅CCAP 1479/1A (DF = 25, r =−0.857，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)。gydF4y2Ba

所有乳胶都具有良好的粘附亲和力，72 h后释放的细胞均未超过1%(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bac).两种乳胶之间无显著差异gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2Ba菌株(PCC 7942: scherer - ray - hare试验，Latex * Texanol, DF = 4, H = 0.903;gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.924;CCAP 1479/1A: scherer - ray - hare测试，乳胶*德基醇，DF = 4, H = 3.277，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.513)。随着特士醇浓度的增加，更多的细胞被释放出来。gydF4y2Ba1gydF4y2Bac).特士醇浓度与细胞粘附亲和力呈较强的负相关关系gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaCCAP 1479/1A (DF = 25, r =−0.428，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.026)gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaPCC 7942 (DF = 25, r =−0.660，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)(图gydF4y2Ba1gydF4y2Bad).此外，两株菌株的Tg与细胞粘附性之间无统计学关系(PCC 7942: DF = 25, r = 0.301，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.127;CCAP 1479/1A: DF = 25, r = 0.287，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.147)。gydF4y2Ba

这两种“硬”乳胶聚合物的表现都很差。相比之下，4 N和12 N的处理效果最好gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaCCAP 1479/1A以4S和12S最优(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bae);虽然显然还有进一步优化聚合物基体的空间。这些聚合物被用于半批量净COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收测试。gydF4y2Ba

乳胶聚合物的光合作用响应gydF4y2Ba

光生理学监测超过7天使用细胞悬浮在水乳胶配方。总的来说，表观光合速率(PS)和最大PSII量子产率(FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba)随着时间的推移而下降，尽管下降不是均匀的，而且一些PS数据集显示了一种双阶段响应，表明PS活性的部分恢复，尽管是短暂的(图5)。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba一个和gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab). F患者双相反应不明显gydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2Bab和gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab)。gydF4y2Ba

图2gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba

（gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)表观光合作用速率(PS)和(gydF4y2BabgydF4y2Ba最大PSII量子产率(FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba)gydF4y2Ba聚球藻属elongatusgydF4y2Ba与悬浮培养对照相比，PCC 7942对乳胶配方的反应。“硬”(H)乳胶的苯乙烯与丙烯酸丁酯的比例为1:3，“正常”(N)为1:1，“软”(S)为3:1。乳胶代码中的上述数字对应的是德醇含量。(平均值±StDev;n = 3)。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba

（gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)表观光合作用速率(PS)和(gydF4y2BabgydF4y2Ba最大PSII量子产率(FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba)gydF4y2Ba聚球藻属elongatusgydF4y2BaCCAP 1479/1A对乳胶配方与悬浮培养对照的响应。“硬”(H)乳胶的苯乙烯与丙烯酸丁酯的比例为1:3，“正常”(N)为1:1，“软”(S)为3:1。乳胶代码中的上述数字对应的是德醇含量。(平均值±StDev;n = 3)。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

为gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaPCC 7942，胶乳配方和德士醇浓度随时间变化不相互作用影响PS (GLM，胶乳*德士醇*时间，DF = 28, F = 1.49，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.07)，尽管配方是一个显著因素(GLM，乳胶*时间，DF = 14, F = 3.14，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)(图gydF4y2Ba2gydF4y2Baa).特士醇浓度随时间变化无显著影响(GLM，特士醇*时间，DF = 14, F = 1.63，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.078)。有显著的相互作用影响FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba(GLM, Latex * Texanol * Time, DF = 28, F = 4.54，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)。乳胶配方与特士醇浓度的交互作用对菌体的生长有显著影响gydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba(GLM, Latex * Texanol, DF = 4, F = 180.42，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)。各参数也影响FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba(GLM，乳胶*时间，DF = 14, F = 9.91，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001和Texanol *时间,DF = 14, F = 10.71,gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)。12H胶乳的平均PS和F最低gydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba值(无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2BaB)，表明聚合物的毒性更大。gydF4y2Ba

两组间PS差异有统计学意义gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2Ba工厂检查1479/1A (GLM、乳胶* Texanol *时间,DF = 28 F = 2.75,gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)，以乳胶配方而非德士醇浓度为显著因素(GLM，乳胶*时间，DF = 14;f = 6.38;gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001;GLM，德士醇*时间，DF = 14, F = 1.26，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.239)。0S和4S“软”聚合物支持的PS性能水平略高于悬浮对照(Mann-Whitney U, 0S vs.对照，W = 686.0，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.044, 4S vs.对照组，W = 713，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.01)，支持改进FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba性能(Mann-Whitney U, 0S vs. control, W = 794.0，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001 Mann-Whitney U, 4 s与控制、W = 815.0,gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)(图gydF4y2Ba3.gydF4y2Baa)表明光子进入光系统II的效率更高。对于FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba对ccap1479 / 1a细胞的影响有显著性差异(GLM, Latex * Texanol * time, DF = 28, F = 6.00，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)(图gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab)。gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba4gydF4y2Ba画出PS和F的均值gydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba每株细胞生长的7天周期值。没有明确的模式gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaPCC 7942(图;gydF4y2Ba4gydF4y2BaA和b);然而，CCAP 1479/1A表明PS的抛物线关系(图。gydF4y2Ba4gydF4y2Bac)和FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba值(无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2BaD)随着苯乙烯和丙烯酸丁酯比例的变化而大幅度增长。gydF4y2Ba

图4gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba

生长与光生理的关系gydF4y2Ba聚球藻属elongatusgydF4y2Ba对乳胶配方的反应。（gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)毒性数据与表观光合作用速率(PS)和(gydF4y2BabgydF4y2Ba)的最大PSII量子产率(FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba)的pcc7942号。gydF4y2BacgydF4y2Ba针对PS和gydF4y2BadgydF4y2BaFgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Baccap1479 / 1a。“硬”(H)乳胶的苯乙烯与丙烯酸丁酯的比例为1:3，“正常”(N)为1:1，“软”(S)为3:1。乳胶代码中的上述数字对应的是德醇含量。(平均值±StDev;n = 3)。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba固定利率gydF4y2Ba

PCC 7942生物复合材料在保留细胞方面的效果有限，在前四周内有大量的细胞浸出(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．在发出初始产地来源证后gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收阶段，用12 N乳胶固定的细胞开始释放COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba在第4天到第14天之间保持这种模式(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Bab).这些数据与颜料漂白的观察结果一致。网络有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba从第18天开始吸收。尽管细胞被释放(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Baa) PCC 7942 12 N生物复合材料仍积累较多COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba相比于悬架对照组在28天内，尽管不显著(曼-惠特尼U检验，W = 2275.5;gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.066)。的有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba12 N和4 N乳剂的吸收率分别为0.51±0.34和1.18±0.29 g COgydF4y2Ba2gydF4y2BaggydF4y2Ba−1gydF4y2Ba生物质gydF4y2BadgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba．治疗与时间水平间差异有统计学意义(Scheirer-Ray-Hare检验，治疗:DF = 2, H = 70.62，gydF4y2BaPgydF4y2Ba时间:DF = 13, H = 23.63，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.034)，但治疗与时间间无显著交互作用(scherer - ray - hare检验，时间*治疗:DF = 26, H = 8.70，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.999)。gydF4y2Ba

图5gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba

Semi-batch有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收试验gydF4y2Ba聚球藻属gydF4y2Ba用4 N和12 N乳剂制备的PCC 7942生物复合材料。（gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)图像展示了细胞释放和色素漂白，以及测试前后生物复合材料的扫描电镜图像。白色虚线表示细胞沉积在生物复合材料上的位置。（gydF4y2BabgydF4y2Ba累积净COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba在四周的时间内吸收。“普通”(N)乳胶的苯乙烯与丙烯酸丁酯的比例为1:1。乳胶代码中的上述数字对应的是德醇含量。(平均值±StDev;n = 3)。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

ccap1479 / 1a菌株在添加4S和12S后，细胞保留率显著提高，尽管色素随时间慢慢褪色(图。gydF4y2Ba6gydF4y2Baa). CCAP 1479/1A生物复合材料吸收COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba整整84天(12周)，没有额外的营养补充。扫描电镜分析(图。gydF4y2Ba6gydF4y2BaA)支持细胞脱离的目视观察。最初，细胞被嵌入到乳胶涂层中，尽管细胞生长，但完整性保持不变。的有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收率显著高于悬液对照(Scheirer-Ray-Hare检验，处理:DF = 2;h = 240.59;gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001，时间:DF = 42;h = 112;gydF4y2BaPgydF4y2Ba= < 0.001)(图gydF4y2Ba6gydF4y2Bab). 12S生物复合材料CO最高gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收率(1.57±0.08 g COgydF4y2Ba2gydF4y2BaggydF4y2Ba−1gydF4y2Ba生物质gydF4y2BadgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)， 4S胶乳为1.13±0.41 g COgydF4y2Ba2gydF4y2BaggydF4y2Ba−1gydF4y2Ba生物质gydF4y2BadgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba，但无显著性差异(Mann-Whitney U检验，W = 1507.50;gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.07)，治疗与时间间无显著交互作用(scherer - ray - hare检验，时间*治疗:DF = 82;h = 10.37;gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 1.000)。gydF4y2Ba

图6gydF4y2Ba
图6gydF4y2Ba

Semi-batch有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收试验gydF4y2Ba聚球藻属gydF4y2BaCCAP 1479/1A生物复合材料与4 N和12 N乳胶。（gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)图像展示了细胞释放和色素漂白，以及测试前后生物复合材料的扫描电镜图像。白色虚线表示细胞沉积在生物复合材料上的位置。（gydF4y2BabgydF4y2Ba累积净COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba在12周的时间内吸收。“软”(S)乳胶的苯乙烯与丙烯酸丁酯的比例为1:1。乳胶代码中的上述数字对应的是德醇含量。(平均值±StDev;n = 3)。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

两者的碳水化合物含量没有显著差异gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaPCC 7942 (scherer - ray - hare检验，时间*处理:DF = 4, H = 3.243，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.518)或gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaCCAP 1479/1A生物复合材料(双向方差分析，时间*处理:DF = 8, F = 1.79，gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.119)(图gydF4y2BaS4gydF4y2Ba)．PCC 7942复合材料的碳水化合物含量在第2周时最高(4 N = 59.4±22.5% w/w, 12 N = 67.9±3.3% w/w)，而悬浮液对照的碳水化合物含量在第4周时最高(对照= 59.6±2.84% w/w)。除试验开始时外，CCAP 1479/1A生物复合材料的碳水化合物总含量与悬浮液对照相当，第4周时12S乳胶有一些变化。4S和12S的生物量分别为51.9±9.6%和77.1±17.0%。gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

我们着手证明，在不影响生物相容性或操作性能的前提下，设计提高薄膜乳胶聚合物涂层结构完整性的能力，作为地衣模拟生物复合材料概念的基本组成部分。事实上，如果与细胞生长相关的结构问题被克服，我们就可以预期在我们的概念验证生物复合材料的基础上有实质性的性能改进，这种生物复合材料已经可以与其他蓝藻和微藻碳捕获系统相媲美gydF4y2Ba31gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

涂层必须是无毒的，坚固的，支持细胞长期粘附，并且应该是多孔的，以促进有效的COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba传质和OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba浓浓的。丙烯酸乳液型聚合物配方简单，广泛应用于涂料、纺织品和粘合剂行业gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba．我们将蓝藻与水性丙烯酸乳胶聚合物乳液结合，乳液由固定比例的苯乙烯/丙烯酸丁酯颗粒和不同浓度的特士醇聚合而成。选择苯乙烯和丙烯酸丁酯以实现物理性能的操纵，特别是涂层的弹性和聚合效率(对坚固和高附着力涂层至关重要)，允许合成“硬”和“软”聚合物颗粒。毒性数据表明，具有高苯乙烯含量的“硬”乳胶不利于蓝藻的生存。与丙烯酸丁酯不同，苯乙烯被认为对藻类有毒gydF4y2Ba32gydF4y2Ba，gydF4y2Ba33gydF4y2Ba．蓝藻菌株对乳胶的反应非常不同，确定了最佳玻璃化转变温度(Tg)gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2BaPCC 7942，而gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2Baccap1479 / 1a与Tg呈负线性关系。gydF4y2Ba

干燥温度影响形成连续均匀乳胶膜的能力。如果干燥温度低于最小成膜温度(MFFT)，聚合乳胶颗粒将不能完全结合，导致仅在颗粒-颗粒界面发生粘附。由此产生的薄膜可能具有较弱的内聚性和机械强度，甚至可能呈粉状gydF4y2Ba29gydF4y2Ba．MFFT与Tg密切相关，可以通过单体组成和包含聚结剂(如德士醇)来控制。Tg决定了得到的涂层的许多物理性质，它可以处于橡胶状或玻璃状状态gydF4y2Ba34gydF4y2Ba．根据弗洛里-福克斯方程，Tg受单体类型和相对百分比组成的影响gydF4y2Ba35gydF4y2Ba．添加聚结剂可以通过对乳胶颗粒Tg的非永久抑制来降低MFFT，使薄膜在较低的温度下形成，但仍然允许形成坚硬而坚固的涂层，因为聚结剂随着时间慢慢蒸发或被提取gydF4y2Ba36gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

增加Texanol的浓度，通过在干燥过程中吸收到颗粒中，使聚合物颗粒软化(降低Tg)，从而促进膜的形成gydF4y2Ba37gydF4y2Ba，提高粘聚膜强度和细胞粘附力。当生物复合材料在室温下干燥时(gydF4y2Ba∼gydF4y2Ba18-20°C)，“硬”乳胶(30 - 55°C)的Tg高于干燥温度，这意味着颗粒的聚结可能是次优的，导致膜停留在玻璃状态，机械性能和粘附性能较差，弹性和扩散速率有限gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，最终导致更多的细胞流失。“正常”和“软”聚合物中的成膜发生在聚合物膜Tg处或以下，薄膜的形成得益于改进的聚结，从而产生具有改进的机械、内聚和粘附性能的连续聚合物膜。产生的薄膜将在CO过程中保持橡胶状态gydF4y2Ba2gydF4y2Ba捕获实验，因为他们的Tg接近(“正常”混合物:12至20℃)或远低于(“软”混合物:−21至−13℃)环境温度gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba．“硬”乳胶(3.4至2.9 kgf mmgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)的硬度是“正常”混合物(1.0 ~ 0.9 KGF mm)的3倍gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)．“软”乳胶的硬度不能用显微硬度来测量，因为它们在室温下具有过度的橡胶性和粘性。表面电荷也可能影响粘附亲和力，但需要进一步的数据提供有意义的见解。然而，所有的乳胶都有效地保留了细胞，释放不到1%。gydF4y2Ba

光合作用性能随着时间的推移而下降。接触聚苯乙烯会导致膜破坏和氧化应激gydF4y2Ba38gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39gydF4y2Ba，gydF4y2Ba40gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41gydF4y2Ba．FgydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba值从gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2Ba与悬浮对照相比，暴露于0S和4S的CCAP 1479/1A增强了近两倍，与4S生物复合CO很好地对应gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收率，不论低平均PS值。F越高gydF4y2BavgydF4y2Ba/ FgydF4y2Ba米gydF4y2Ba值推断到PSII的电子传输可以传递更多的光子gydF4y2Ba42gydF4y2Ba可能导致更高的COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba固定利率。然而，应该注意的是，光生理学数据是从悬浮在乳胶水溶液中的细胞中获得的，可能不一定能与成熟的生物复合材料直接比较。gydF4y2Ba

如果乳胶对光和/或气体交换产生障碍，导致光和CO，则可能存在细胞应力和性能降低的潜力gydF4y2Ba2gydF4y2Ba限制，光呼吸应OgydF4y2Ba2gydF4y2Ba脱气被破坏gydF4y2Ba39gydF4y2Ba．通过固化涂层的透光率进行了评估，“硬”乳胶在440到480纳米之间有轻微的透光损失(通过改善薄膜聚合，通过增加特士醇浓度部分改善)，而“软”和“正常”乳胶没有明显的损失。分析和所有孵育都是在低光强(30.5 μmol m)下进行的gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba）;因此，由于聚合物基质造成的任何光合活性辐射损失在典型的日光或强人工照明下都能得到补偿，甚至在破坏性光强下还能防止光抑制。gydF4y2Ba

CCAP 1479/1A生物复合材料在试验的84天内没有营养补充或明显的生物量损失，这是研究的一个关键目标。细胞的脱色可能是由于褪绿过程，作为氮饥饿的反应，使长期生存(休眠状态)，这可能有助于细胞重新开始生长，一旦达到足够的氮积累gydF4y2Ba43gydF4y2Ba．扫描电镜图像证实，尽管发生了细胞分裂，细胞仍保留在涂层中，证明了“软”乳胶的弹性，从而证明了一个明显的进步，超越了概念证明版本。“软”乳胶的重量约为70%的丙烯酸丁酯，这远远高于报道的干燥后产生柔性涂料的浓度gydF4y2Ba44gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

净COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收率大大高于悬液对照(14-20倍和3-8倍)gydF4y2Ba美国elongatusgydF4y2Ba分别为ccap1479 / 1a和pcc7942)。以前，使用COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba传质模型，揭示了高CO的主要驱动力gydF4y2Ba2gydF4y2Ba摄取的一氧化碳含量很高gydF4y2Ba2gydF4y2Ba生物复合材料表面的浓度梯度gydF4y2Ba31gydF4y2Ba，生物复合材料的性能可能受到传质阻力的限制。这可以通过在乳胶配方中引入无毒、不成膜的成分来解决，以增加涂层的孔隙度和渗透性gydF4y2Ba26gydF4y2Ba，但可能会影响细胞保留率，因为这种策略将不可避免地导致薄膜较弱gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba．在聚合过程中，可以通过改变化学成分来增加孔隙率，这是一个更好的选择，特别是从工业和可扩展性的角度来看gydF4y2Ba45gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

当调整细胞负荷率时，新的生物复合材料的性能与最近使用微藻和蓝藻生物复合材料的研究相比良好gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba46gydF4y2Ba，且手术时间更长(84天vs . 15小时)gydF4y2Ba46gydF4y2Ba3周gydF4y2Ba21gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

表1最高CO比较gydF4y2Ba2gydF4y2Ba生物复合材料的吸收率相对于所选文献值。gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

与其他使用蓝藻的研究相比，该细胞的碳水化合物含量较好gydF4y2Ba47gydF4y2Ba，gydF4y2Ba48gydF4y2Ba，gydF4y2Ba49gydF4y2Ba，gydF4y2Ba50gydF4y2Ba，并被用作碳捕获和利用/回收应用(例如发酵过程)的潜在标准gydF4y2Ba49gydF4y2Ba，gydF4y2Ba51gydF4y2Ba在BECCS框架内或用于制造可生物降解生物塑料gydF4y2Ba52gydF4y2Ba．作为这项研究的一部分，我们认为，即使考虑到负排放BECCS概念，造林也不是应对气候变化的万灵药，而且将消耗惊人比例的全球可耕地gydF4y2Ba6gydF4y2Ba．作为一个思想实验，估计在640到950千兆吨二氧化碳之间gydF4y2Ba2gydF4y2Ba必须在2100年前从大气中清除，以将全球气温上升限制在1.5摄氏度gydF4y2Ba53gydF4y2Ba(约为8至12千亿吨二氧化碳当量gydF4y2Ba2gydF4y2Ba每年)。为了达到这一目的，使用性能最好的生物复合材料(574.08±30.19 tCOgydF4y2Ba2gydF4y2BatgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba生物质gydF4y2Ba年gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)需要缩放到5.5 × 10gydF4y2Ba10gydF4y2Ba到8.2 × 10gydF4y2Ba10gydF4y2Ba米gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba(假设光合效率相当)，含有1.96亿至2.92亿升聚合物。假设1 mgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba的生物复合材料占用1米的土地足迹gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，即吸收目标每年全球二氧化碳总量所需的面积gydF4y2Ba2gydF4y2Ba范围在550万至817万公顷之间;相当于热带地区可居住土地的0.18-0.27%，使BECCS所需土地减少98-99%。需要注意的是，理论尺度捕获是基于CO的gydF4y2Ba2gydF4y2Ba在弱光照射下记录的吸收率。一旦生物复合材料暴露在自然光下，它的强度更高，COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收率应该提高，这将进一步减少土地需求，并进一步向生物复合材料的概念倾斜。然而，实施地点需要在赤道，以获得持续的高光强度和持续时间。gydF4y2Ba

全球COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba受精effect-i.e。，the enhancement in vegetation productivity driven by increased CO2gydF4y2Ba在大多数陆地地区，有效度-已经下降，可能是由于关键土壤养分(氮和磷)和水资源的变化gydF4y2Ba7gydF4y2Ba．这意味着陆地光合作用可能不会导致CO的增加gydF4y2Ba2gydF4y2Ba尽管二氧化碳含量在上升，但中国仍在大力吸收二氧化碳gydF4y2Ba2gydF4y2Ba空气中的浓度。在这种情况下，诸如BECCS之类的陆地气候缓解战略更不可能成功。如果这一全球现象是正确的，我们的地衣启发的生物复合材料可以成为一个关键的资产，将单细胞水生光合微生物变成“陆地代理”。大多数陆生植物都能固定一氧化碳gydF4y2Ba2gydF4y2Ba通过C3光合作用，C4植物在温暖和干燥的生境中更受欢迎，并证明在高CO时更有效gydF4y2Ba2gydF4y2Ba分压gydF4y2Ba54gydF4y2Ba．蓝藻提供了一种替代方法，可以消除CO减弱影响的令人担忧的预测gydF4y2Ba2gydF4y2Ba施肥对C3植株的影响。蓝藻通过进化出高效的碳聚集机制克服了光呼吸的限制gydF4y2Ba55gydF4y2Ba，其中CO分压较高gydF4y2Ba2gydF4y2Ba存在于羧酸体内的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RuBisCo)周围，并维持在其周围。如果蓝藻生物复合材料的生产能够规模化，这将成为人类对抗气候变化的重要武器。gydF4y2Ba

生物复合材料(模拟地衣)通过提供更高的CO，比传统的微藻和蓝藻悬浮培养具有明显的优势gydF4y2Ba2gydF4y2Ba将污染风险降至最低，并有望在具有竞争力的CO中大幅降低土地、水和养分的使用量gydF4y2Ba2gydF4y2Ba避免成本gydF4y2Ba56gydF4y2Ba．该研究证明了设计和制造高性能生物相容性乳胶的能力，当与丝瓜海绵作为候选支架时，可提供有效和高效的COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收长达数月的操作周期与最小的细胞损失。这种生物复合材料理论上可以捕获约570 tCOgydF4y2Ba2gydF4y2BatgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba生物质gydF4y2Ba年gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba在我们对抗气候变化的斗争中，这可能比植树造林- beccs战略更为关键。随着聚合物配方的进一步优化，在更高的光强度下进行测试，如果与仔细考虑的代谢工程结合，大自然原始的生物地球工程师可能再次拯救我们。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

乳胶聚合物乳液gydF4y2Ba

使用苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸单体混合物制备丙烯酸乳胶聚合物，使用0.1 M氢氧化钠将pH值调整到7gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．苯乙烯和丙烯酸丁酯构成了聚合物链的主体，而丙烯酸则有助于保持悬浮的乳胶颗粒gydF4y2Ba57gydF4y2Ba．胶乳的结构性能由玻璃化转变温度(Tg)来定义，通过改变苯乙烯和丙烯酸丁酯的比例来控制玻璃化转变温度，分别提供“硬”和“软”特性gydF4y2Ba58gydF4y2Ba．典型的丙烯酸乳胶聚合物由苯乙烯:丙烯酸丁酯:50:50组成gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba；因此，在这项研究中，这种比例的乳胶被称为“正常”，苯乙烯含量较高的称为“硬”，苯乙烯含量较低的称为“软”。gydF4y2Ba

表2乳液聚合物组成、玻璃化转变温度和体积性能。gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

用蒸馏水(174 g)、碳酸氢钠(0.5 g)和表面活性剂Rhodapex Ab/20 (30.92 g) (Solvay)制成一次乳液，以稳定单体液滴gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba．一种次级混合物，由苯乙烯、丙烯酸丁酯和表中所列的丙烯酸组成gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，以100毫升每小时的速度滴加到初级乳剂中超过4小时gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba使用玻璃注射器(科学玻璃工程)辅助注射器泵(Cole-Palmer, Vernon Hills, Illinois)。促进聚合的引发剂溶液gydF4y2Ba59gydF4y2Ba是用dH制备的gydF4y2Ba2gydF4y2BaO和过硫酸铵(100毫升，3% w/w)。gydF4y2Ba

含有dH的溶液gydF4y2Ba2gydF4y2BaO (206 g)，碳酸氢钠(1 g)， Rhodapex Ab/20 (4.42 g)用不锈钢螺旋桨搅拌，使用头顶搅拌器(Heidolph Hei-TORQUE值100)，并在附于VWR Scientific 1137P加热水浴的水套容器中加热至82°C。将质量减少的单体(28.21 g)和引发剂(20.60 g)溶液依次添加到夹套容器中，搅拌20分钟gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)和引发剂(27 mL hgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)溶液被大力搅拌以保持颗粒悬浮，直到它们分别使用10ml和100ml注射器在注射器泵的辅助下被添加到水套容器中超过5小时。搅拌速度随着悬浮体积的增加而增加，以确保悬浮被保留。一旦引发剂和乳化液都加入，反应温度增加到85°C，在450 RPM下充分混合30分钟，然后冷却到65°C。冷却后向乳胶中加入两种追逐剂溶液;叔丁基过氧化氢(t-BHP)(70%在水中)(5g, 14% w/w)和异抗坏血酸(5g, 10% w/w)。滴加t-BHP，静置反应20分钟。然后以4 mL h的速度加入异抗坏血酸gydF4y2Ba－1gydF4y2Ba从10毫升注射器使用注射器泵。然后让乳胶溶液冷却到室温，用0.1 M氢氧化钠调整到pH值7。gydF4y2Ba

2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸(特士醇)——一种用于乳胶漆的低毒可生物降解聚结剂gydF4y2Ba37gydF4y2Ba，gydF4y2Ba60gydF4y2Ba-使用注射器和泵(0,4,12% v/v)分三体积添加到乳胶混合物中作为聚结剂，以促进干燥过程中膜的形成gydF4y2Ba37gydF4y2Ba．用100 μ L的每种聚合物在预先称重的铝箔帽中烘干24 h，测定乳胶的固体含量百分比。gydF4y2Ba

聚合物基体表征gydF4y2Ba

在光传输方面，使用校准的不锈钢拉下立方体将每种乳胶混合物涂在玻璃显微镜载玻片上，制备100 μ m厚度的薄膜，并在20°C下干燥48小时。gydF4y2BaλgydF4y2Ba400-700 nm)使用ILT950 SpectriLight光谱辐射计测量，传感器距离30 W日光型荧光灯管(Sylvania Luxline Plus, n = 6) 35 cm，这是蓝藻和生物复合材料维持的光源。使用SpectrILight III版本3.5软件记录λ 400-700 nm的辐照度和透射率gydF4y2Ba61gydF4y2Ba．所有样品被放置在传感器的顶部，并使用无涂层的显微镜载玻片作为对照。gydF4y2Ba

在进行硬度测试之前，将乳胶样品添加到硅胶烤盘中，让其干燥24小时。在× 10显微镜镜头下，将干燥的乳胶样品放置在钢套上。一旦聚焦样品使用比埃勒Micromet II显微硬度计进行评估。样品在加载时间为7秒的情况下，受到从100到200克的力的作用，在样品中产生了钻石压痕。使用Bruker Alicona × 10显微镜镜头和附加的形状测量软件分析这种压痕。维氏硬度公式(Eq;gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)用于计算每种乳胶的硬度;在那里,gydF4y2Ba高压gydF4y2Ba是维克斯数，gydF4y2BaFgydF4y2Ba施加力，和gydF4y2BadgydF4y2Ba是由压痕的高度和宽度计算出的压痕对角线的平均值。在压痕测试中，由于粘滞和拉伸，“软”乳胶无法测量。gydF4y2Ba

$ $高压= \压裂{{2国际\离开({\压裂{136 ^ \保监会}{2}}\右)}}{{d ^ {2}}} $ $gydF4y2Ba
(1）gydF4y2Ba

为了确定乳胶配方的玻璃化转变温度(Tg)，聚合物样品被沉积在硅胶托盘中，干燥24小时，称到0.005 g，并放入样品盘中。将平底锅盖上盖子并放入差示扫描色度计(PerkinElmer DSC 8500, Intercooler II, Pyris数据分析软件)gydF4y2Ba62gydF4y2Ba．采用热流法将参考锅和样品锅置于同一炉内，并采用集成温度传感器进行温度测量。两个斜坡的总数被用来创建一个一致的曲线。采样方法以每分钟20°C的速率从- 20°C到180°C重复渐变。每个起始点和终点保持1分钟，以考虑温度滞后。gydF4y2Ba

Semi-batch有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收试验gydF4y2Ba

对该生物复合材料的CO进行了评价gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收性能，样品的制备和测试方法与我们之前的研究相同gydF4y2Ba31gydF4y2Ba．将干燥、蒸熟的丝瓜切成约1 × 1 × 5厘米的条状称重量。将每种蓝藻菌株表现最好的两种生物涂层600微升移到每个丝瓜条的一端，覆盖约1 × 1 × 3厘米，在20°C黑暗中干燥24小时。由于丝瓜的大孔结构，一些配方作为废物损失;因此，单元加载效率不是100%。为了克服这一问题，我们确定了丝瓜表面的干配方质量，并用参考干配方进行归一化。同样制备了非生物对照，包括丝瓜瓤、乳胶和无菌培养基。gydF4y2Ba

建立半批量COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收测试时，将生物复合材料(n = 3)放入50 mL玻璃瓶中，生物复合材料的一端(不带生物涂层)与5 mL生长培养基接触，允许营养物质通过毛细管作用传递。这些瓶子用20毫米丁基橡胶塞密封，并用银铝盖卷边。密封后，45毫升5% COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba用无菌针和气密注射器注射/空气/气体混合物。悬浮液对照(n = 3)建立了与生长培养基中生物复合材料内的细胞负载相等的细胞密度。实验在18±2°C, 16:8光:30.5 μmol m的暗光周期下进行gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba．用气密注射器每两天清除一次顶空，并使用GEOTech G100红外吸收CO进行分析gydF4y2Ba2gydF4y2Ba测定CO的百分比gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收。CO的当量体积gydF4y2Ba2gydF4y2Ba补充混合气。gydF4y2Ba

% COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba固定计算为:%COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba固定= 5% (v/v) - %COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba记录(Eq。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),gydF4y2BaPgydF4y2Ba=压力,gydF4y2BaVgydF4y2Ba=体积,gydF4y2BaTgydF4y2Ba=温度和gydF4y2BaRgydF4y2Ba=理想气体常数。gydF4y2Ba

$ $净\ CO_{2} \,吸收\,速度\离开({摩尔\,CO_ {2} g_{生物质}^{- 1}天^{- 1}}\右)= \压裂{{\ % CO_{2} \,固定\ * \压裂{PV} {{RT}}}}{蹩脚\ \干,生物质左(g \) \ \ * 2 \,天}$ $gydF4y2Ba
（2）gydF4y2Ba

的有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba蓝藻悬浮液对照和生物复合材料的吸收率报告与非生物对照归一化。g生物量的功能单位是固定在丝瓜上的干燥生物量的数量。通过测定细胞固定前后丝瓜样品的重量。通过分别称重干燥前后的配方和计算细胞配方的密度来考虑细胞负载的质量(相当于生物量)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)．假定在固定过程中细胞配方是均匀的。gydF4y2Ba

$$固定\，干燥\，生物量=细胞\，装载\，\左(\% \右)\乘以体积\，of\，细胞\，配方\，\左(\frac{g}{mL} \右)\乘以密度\，of\，细胞\，配方\，\左(\frac{g}{mL} \右)$$gydF4y2Ba
(3)gydF4y2Ba

统计分析gydF4y2Ba

使用Minitab 18和Microsoft Excel with RealStatistics Add-in进行统计分析。正态性检验采用Anderson-Darling检验，方差相等性检验采用Levene检验。满足这些假设的数据采用双向方差分析(ANOVA)， Tukey检验作为事后分析。对不满足正态性和方差相等假设的两个因素数据采用scherer - ray - hare检验进行分析，然后采用Mann-Whitney U检验来确定处理之间的显著性。对于具有三因子的非正态数据，采用广义线性混合(GLM)模型，其中数据采用Johnson变换gydF4y2Ba63gydF4y2Ba．通过皮尔逊的积矩相关性来评估特士醇浓度、玻璃化转变温度、乳胶毒性和粘附数据之间的关系。gydF4y2Ba

支持信息gydF4y2Ba

配套信息文件提供的内容包括蓝藻培养方法、毒性和细胞粘附试验、光合作用分析、丝瓜制备、生物复合材料微观结构分析和总碳水化合物提取。数据gydF4y2BaS1gydF4y2Ba，gydF4y2BaS2gydF4y2Ba,gydF4y2BaS3gydF4y2Ba图为乳胶表征结果。gydF4y2BaS4gydF4y2Ba总碳水化合物含量是从哪里提取的gydF4y2Ba聚球藻属elongatusgydF4y2Ba半批CO过程中的生物复合材料gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸收试验与悬浮培养对照比较。gydF4y2Ba