酶驅(qū)動膠體馬達(dá)具有良好的生物相容性、高效的生物催化性能，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。由于暴露在外的酶化學(xué)穩(wěn)定性較差，容易受到周圍環(huán)境影響而水解失活，一種有效策略是共價結(jié)合或物理誘捕使生物酶固定化在各種馬達(dá)腔室結(jié)構(gòu)。盡管目前開發(fā)的酶驅(qū)動馬達(dá)初步實(shí)現(xiàn)了流體中自驅(qū)動運(yùn)動，但是這些馬達(dá)內(nèi)部為單腔室設(shè)計，裝載性能局限，與生物體內(nèi)通過自然調(diào)節(jié)機(jī)制持續(xù)完成各項功能的組織結(jié)構(gòu)對比，馬達(dá)在效率、功能等方面的差距明顯，進(jìn)一步提高雙酶驅(qū)動膠體馬達(dá)的穩(wěn)定性和推進(jìn)力是未來膠體馬達(dá)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。 近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)吳英杰副教授課題組從仿生的角度出發(fā)，以生命現(xiàn)象的基本結(jié)構(gòu)和功能單位—細(xì)胞為對象，將多級納米結(jié)構(gòu)的合成方法用于膠體馬達(dá)制備，利用微流體微液滴技術(shù)成功構(gòu)建了良好生物相容的新型多腔室膠體馬達(dá)，如圖1所示。該多腔室膠體馬達(dá)對堿性環(huán)境有良好的響應(yīng)性，通過智能調(diào)控亞腔室中固定化酶引發(fā)的酶級聯(lián)反應(yīng)，可使多種生物催化高效有序進(jìn)行并觸發(fā)其自主運(yùn)動。
圖1. 多腔室膠體馬達(dá)的合成示意圖。 在葡萄糖溶液（pH = 7.5）中，多腔室膠體馬達(dá)的pH響應(yīng)性藻酸鹽核心膨脹，促進(jìn)葡萄糖燃料的滲透并引發(fā)酶級聯(lián)催化反應(yīng)。在多腔室膠體馬達(dá)腔內(nèi)，GOD和CAT的單獨(dú)封裝使多腔室膠體馬達(dá)表現(xiàn)出較高的催化活性，甚至可以在相對較低的濃度(僅10 mM)下使用生物葡萄糖燃料高速推進(jìn)。多腔室膠體馬達(dá)的運(yùn)動效率提高可能是由于膠體馬達(dá)的水凝膠室中兩種互補(bǔ)酶的腔室化封裝隔離和限制。腔室化封裝固定酶策略不僅提高了酶的穩(wěn)定性，還使得多腔室膠體馬達(dá)未來可以通過酶級聯(lián)反應(yīng)在堿性腸道環(huán)境中自我推進(jìn)。 圖2. 多腔室膠體馬達(dá)酶級聯(lián)反應(yīng)驅(qū)動運(yùn)動分析。 論文信息 Enzyme Cascade Reaction Propelled Multicompartmental Colloidal Motors Qihan Zhang, Jun Liu, Dr. Yingjie Wu Chemistry – An Asian Journal DOI: 10.1002/asia.202200560
