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一、生物催化与功能材料平台

本课题组构建了多类型固定化酶载体平台，覆盖多元催化场景：磁性微球可实现高效回收，多孔框架材料可提高负载与传质，有机-无机杂化材料兼顾强度与生物相容性，聚合物基载体可调控酶周围微环境并实现特异性分子识别。针对不同酶与工艺条件，可为企业提供适配具体反应的定制化催化材料。


代表性案例：
多孔框架载体：通过孔道与局部环境设计，固相酶酶活较游离酶提高 16.7倍，反应速率和稳定性显著提升，有助于提高催化效率、减少酶用量。
聚合物基载体：通过调节亲疏水性与表面电荷优化酶-材料相互作用。固定化脂肪酶催化合成 OPO（1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油酯） 时，Sn-2位棕榈酸占比达 64.2%，优于国标 ≥52%，同时提升产量与立体选择性。
连续流催化：将脂肪酶固定于多孔聚合物整体柱，反应物持续流经催化位点，反应速率提高 1000倍，有望提升设备利用率和单位时间产出，并减少催化剂回收操作。
失活酶复性：通过理性设计聚合物分子伴侣，促进酶重新折叠，活性恢复率达 86.7%，适用于化学变性、热变性及蛋白质包涵体等场景，降低酶损耗、提高蛋白利用率。

代表性成果：
发明专利：ZL202211072318.1；ZL201810150382.4；ZL202211072318.1
研究论文：Advanced Science, 2024, 2309243; Bioresource Technology, 2025, 438, 133224 ; P. Natl. Acad. Sci. USA. 2024, 121, e2403049121.

二、绿色碳捕集平台

本课题组基于分子识别机制开发了新型碳酸酐酶催化剂，催化效率较天然酶提高16.8倍，面向空气中低浓度CO2直接捕集，为吸收工艺和膜分离强化提供核心催化元件。在前期催化剂设计与机理研究基础上，已完成工程放大验证：在郑州中科新兴产业技术研究院 1 Nm3/h（标方每小时）吸收-解吸连续评价装置上实现连续运行。


代表性案例：

连续吸收-解吸工程验证：捕集率提高 14.3%，解吸率提高 45.7%；再生热耗降至 1.62 GJ/t CO₂，降低 56.4%；碳捕集成本降至 108.88 元/t CO₂（以0.15元/kWh计）。下一步可面向具体工业气源，开展催化剂适配和工艺包验证。

模拟酶强化膜分离：在聚合物膜中加入 1.5% 催化剂后，CO₂渗透性由 482.8 提高到 980.1，接近翻倍，分离选择性也明显提升，表明材料设计能够同时改善气体通量和选择性，为不同气体体系提供分离方案。

混合基质膜：基于模拟酶制备混合基质膜用于气体分离，其分离性能显著优于同类型材料的混合基质膜。目标是将该分离技术转化为可持续运行的膜材料，并与吸收法形成互补。


代表性成果：

发明专利：ZL202211069706.4

研究论文：Nano Lett., 2024, 24, 2520-2528; Matter, 2023, 6, 4245-4260.



三、生物催化转化平台

本课题组构建了集AI驱动酶设计、代谢途径构建与电催化-生物催化耦合于一体的生物催化转化平台，涵盖高性能生物催化元件开发、新型代谢途径构建及CO₂资源化利用等多个方向。通过人工智能辅助酶的理性设计与性能优化，结合代谢工程与合成生物学技术，实现高附加值化学品的绿色生物制造；同时，将CO₂电催化转化与酶催化、生物合成过程相耦合，构建从低碳原料到高值产物的高效转化路径，为企业提供绿色、低碳、可定制的生物制造技术方案。


代表性技术方向：

AI驱动生物催化元件设计与新型代谢途径构建： 整合酶数据库、蛋白质结构预测、机器学习及分子模拟等技术，实现关键酶的挖掘、改造与催化性能优化，结合新型代谢途径设计与微生物细胞工厂构建，开发微生物蛋白、氨基酸、二元酸、二元胺、聚羟基脂肪酸酯（PHA/PHB）、液体燃料及药物中间体等产品的生物合成技术，提升底物转化效率、产物合成能力及工艺适应性。

CO₂与生物质的资源化利用： 通过电催化技术将CO₂转化为甲酸、甲醇、乙酸等可利用的碳源中间体，进一步耦合酶催化与微生物代谢转化，构建电催化-生物催化协同转化体系，实现衣康酸、丙烯酸、乙二醇及聚羟基丁酸酯（PHB）等高附加值化学品与生物基材料的合成，为CO₂资源化利用、可再生碳源转化及绿色化工生产提供新路径。


四、AI驱动的新一代化学抗体工程化平台

本课题组通过AI辅助设计与可控化学合成，开发可设计、可规模化制备的化学抗体。平台包括四个环节：首先解析靶标，然后开展AI理性设计，再通过可控化学合成和模块化构建制备材料，最后验证其功能与稳定性。目前，我们在治疗、诊断和分离三个方向开展了验证。治疗方面，双特异性化学抗体可以协同调控肿瘤免疫。在肿瘤研究模型中，60天生存率超过60%，商用对照体系约为40%。诊断方面，相关体系实现了皮克级检测限，并能够在1毫升全血中检测到5个肿瘤细胞，为超灵敏检测提供了技术基础。分离方面，亲和介质的负载量较传统介质提升6倍以上，同时可以通过pH调控实现高效分离。在产业化方面，化学抗体常温稳定性达到24个月以上，并耐受极端pH和有机溶剂。成本为数万元每公斤，相比原稿列示的传统抗体百万元每公斤，具有明显的成本优势。同时，化学合成反应釜支持连续化百公斤级生产，为工程放大提供了基础。


代表性成果：

发明专利：US19/363733；US19/460361；ZL202411525114.8；ZL202211072436.2；ZL201910658384.9；ZL201910658378.3；ZL201810150382.4；202110691718.X；202211072502.6；202411242061.9；202411228859.8；202411229835.4；202511015436.2；202510127177.6

研究论文：P. Natl. Acad. Sci. USA. 2024, 121(19), e2403049121；J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 5474-5485；Adv. Healthcare Mater. 2024, 14(3), 2401929；Adv. Healthcare Mater. 2024, 13(10), 2303615；Adv. Healthcare Mater. 2024, 13(27), 2400290；Adv. Healthcare Mater. 2023, 12(13), 2300146