日本京都大學(xué)等科研團(tuán)隊使用乙醇脫氫酶（ADH）和全脫氫酶（ALDH），實(shí)現(xiàn)了高輸出、高效率的生物電化學(xué)級聯(lián)反應(yīng)。所使用的ADH和ALDH來源于被稱為氧化葡萄糖桿菌的醋酸菌，都具有與電極直接進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移的獨(dú)特特性，可實(shí)現(xiàn)副反應(yīng)風(fēng)險低、電解效率高的物質(zhì)-能量轉(zhuǎn)換。

　　科研團(tuán)隊通過低溫電子顯微鏡觀察和單粒子圖像分析，對ADH和ALDH分別進(jìn)行了2.5埃和2.7埃的結(jié)構(gòu)分析。然后基于分析結(jié)果，設(shè)計了最佳的酶-電極反應(yīng)場，通過在同一反應(yīng)場中持有兩種酶的概念實(shí)現(xiàn)了乙醇→乙醛→乙酸的兩步氧化反應(yīng)。并進(jìn)一步基于數(shù)學(xué)模型優(yōu)化了這種級聯(lián)反應(yīng)的效率，構(gòu)建了一種可同時獲得電能和乙酸的生物燃料電池。該電池的輸出比之前報道的高出10倍以上，將乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸的過程中電解效率為100±4％。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《ACS Catalysis》。