牛血清白蛋白涂层中空纤维膜上碳酸盐强化微藻生物膜培养及其双相碳捕获机制研究

针对微藻生物膜培养中液态碳源利用效率不明的问题，研究人员创新性地采用BSA涂层PVDF中空纤维膜体系，以NaHCO3 为补充碳源培养硅藻Navicula incerta。研究发现8 g/L NaHCO3 可使生长率提升至81.7%，碳固定率达375.45 mg·L-1 ·d-1 ，首次证实该体系能同步捕获气相CO2 与液相碳源，为CCUS技术提供了新型生物膜反应器设计思路。

　　

随着全球气候变化加剧，碳捕获与封存技术(CCUS)成为研究热点。微藻因其卓越的碳固定能力（可达陆地植物的50倍）被视为生物固碳的理想载体，但传统气态CO₂
供给存在溶解度低、设备复杂等问题。更棘手的是，微藻对液态碳源的利用机制尚不明确，这严重制约了生物膜反应器的优化设计。

针对这一技术瓶颈，马来西亚理科大学的研究团队在《Process Biochemistry》发表创新性研究。他们另辟蹊径，将海洋硅藻Navicula incerta（以强生物膜形成能力和环境耐受性著称）培养于牛血清白蛋白(BSA)改性的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜上，首次系统探究了碳酸氢钠(NaHCO₃
)作为液态碳源对微藻生长和碳捕获的双重影响。该研究不仅揭示了碳酸盐强化培养的分子机制，更开发出能同步捕获气相和液相碳的新型生物膜反应器。

研究团队运用三大关键技术：1）BSA涂层改性PVDF膜制备（孔径0.1 μm），通过降低表面张力调控微藻粘附；2）碳酸氢钠梯度浓度实验（0-8 g/L），结合碳固定率、消耗效率等多参数评估；3）双相碳捕获验证系统，同步监测气相CO₂
吸收与液相碳源去除。实验样本采用UTEX藻种库提供的标准Navicula incerta(UTEX 2044)菌株。

【材料与方法】
研究选用具有机械稳定性的PVDF中空纤维膜（内径1.5 mm），经BSA涂层改性后形成亲/疏水微区。这种特殊结构既能促进营养渗透，又通过表面张力调控实现微藻的高效附着。

【生物量生长】
NaHCO₃
浓度与生物量呈显著正相关：8 g/L组获得81.7%的生长率峰值，较对照组提升22.6%。BSA涂层未阻碍营养传输，反而通过稳定pH值优化了光合作用环境。

【碳捕获效率】
该体系创下375.45±15.89 mg·L^-1
·d^-1
的碳固定记录，碳消耗效率达58.91±6.96%。值得注意的是，系统同时实现81.02%的采收率，证明BSA涂层能平衡生物膜附着与采收的矛盾。

【叶绿素含量】
叶绿素浓度从2.61±0.22 mg/L增至4.22±0.28 mg/L，证实碳酸盐通过促进光系统II活性提升了光合效率。

这项研究开创性地证实：BSA-PVDF膜体系下，Navicula incerta能通过HCO₃
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转运体和碳酸酐酶双路径高效利用液态碳源。其创新价值体现在三方面：1）突破传统气态碳供给限制，8 g/L NaHCO₃
可使碳固定率提升81%；2）首次阐明BSA涂层通过调控表面张力实现"易附着-易采收"的智能转换；3）建立双相碳捕获模型，为近海微藻-贝类共生系统提供技术原型。该成果不仅推动CCUS技术向低能耗方向发展，更为"蓝色碳汇"提供了可规模化的生物膜反应器设计方案。