Chem. Asian J. :酶级联反应驱动的多腔室胶体马达

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酶驱动胶体马达具有良好的生物相容性、高效的生物催化性能,在生物医学领域极具应用前景。由于暴露在外的酶化学稳定性较差,容易受到周围环境影响而水解失活,一种有效策略是共价结合或物理诱捕使生物酶固定化在各种马达腔室结构。尽管目前开发的酶驱动马达初步实现了流体中自驱动运动,但是这些马达内部为单腔室设计,装载性能局限,与生物体内通过自然调节机制持续完成各项功能的组织结构对比,马达在效率、功能等方面的差距明显,进一步提高双酶驱动胶体马达的稳定性和推进力是未来胶体马达发展的重要挑战。


近日,哈尔滨工业大学吴英杰副教授课题组从仿生的角度出发,以生命现象的基本结构和功能单位—细胞为对象,将多级纳米结构的合成方法用于胶体马达制备,利用微流体微液滴技术成功构建了良好生物相容的新型多腔室胶体马达,如图1所示。该多腔室胶体马达对碱性环境有良好的响应性,通过智能调控亚腔室中固定化酶引发的酶级联反应,可使多种生物催化高效有序进行并触发其自主运动。



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图1. 多腔室胶体马达的合成示意图。

在葡萄糖溶液(pH = 7.5)中,多腔室胶体马达的pH响应性藻酸盐核心膨胀,促进葡萄糖燃料的渗透并引发酶级联催化反应。在多腔室胶体马达腔内,GOD和CAT的单独封装使多腔室胶体马达表现出较高的催化活性,甚至可以在相对较低的浓度(仅10 mM)下使用生物葡萄糖燃料高速推进。多腔室胶体马达的运动效率提高可能是由于胶体马达的水凝胶室中两种互补酶的腔室化封装隔离和限制。腔室化封装固定酶策略不仅提高了酶的稳定性,还使得多腔室胶体马达未来可以通过酶级联反应在碱性肠道环境中自我推进。

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图2. 多腔室胶体马达酶级联反应驱动运动分析。

文信息

Enzyme Cascade Reaction Propelled Multicompartmental Colloidal Motors

Qihan Zhang, Jun Liu, Dr. Yingjie Wu


Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202200560




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