在这个寻求化石燃料可持续替代品的时代，由劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）、劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL）和加州大学戴维斯分校（UC Davis）的科学家们共同开展的一项研究，让人们看到了一个可能发生变革的未来。最近，《绿色化学》（Green Chemistry）杂志重点报道了他们围绕将植物残留物转化为生物燃料、化学品和药物等有价值商品所开展的研究。
（论文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2023/gc/d3gc03279e）
该团队的研究重点是纤维素，这是植物的一种关键结构成分，尽管其含量丰富，但要将其分解成有用的糖类却很困难。这些糖对微生物合成一系列产品至关重要，为碳中性解决方案提供了一条途径。
正如加州大学戴维斯分校教授兼项目共同负责人蒂娜-乔（Tina Jeoh）所说：“现在有很多植物废弃物难以处理，因此我们希望利用植物废弃物产出更高价值的产品。高效利用这些植物废弃物（多糖）是建立生物经济的关键。生物经济建立在可再生碳循环的基础上，用于生物燃料、生物化学和生物材料，以替代化石燃料。”
伯克利实验室的同步加速器红外结构生物学（BSISB）成像计划开发了一种结合微流体设备和红外光谱的新技术，用于仔细研究纤维素降解过程。通过这种方法，可以实时了解纤维素降解酶的工作原理。
了解纤维素的结构至关重要。纤维素由通过共价键连接并组织成纤维状的葡萄糖分子组成，这些结构通过氢键进一步稳定，科学家认为氢键阻碍了纤维素切割酶的效率。
为了揭开这一过程的神秘面纱，伯克利实验室的研究人员，包括高级科学家兼 BSISB 主任 Hoi-Ying Holman，利用先进光源 (ALS) 的强大红外光束，精心设计了一套实验系统。Holman解释说：“到目前为止，纤维素的酶水解还是一个具有挑战性的生化过程，部分原因是研究人员在纤维素解聚过程中仔细控制和观察样品环境的能力有限。”
他们的研究结果证实，纤维素中的氢键确实是酶作用的障碍。这一发现对未来的生物制造至关重要，Jeoh 和她在加州大学戴维斯分校的团队正在探索加快酶分解这些键的方法，旨在提高效率和降低成本。
除了生物燃料之外，这项研究的意义也非常广泛。LLNL 的科学家们计划将这种方法应用于包括生物安全在内的各种生物分子的研究。Holman在阐释他们的方法的意义时指出：“这项技术是BSISB员工多年研发工作的成果，他们创建了利用红外光谱仪研究反应的系统。”