山大崔基炜教授团队Chem. Mater. | 超声介导组装蛋白质-多酚胶囊用于增强生物催化级联反应

英文原题：Sono-Assembly of Polyphenol-Protein Capsules for Enhanced Biocatalytic Cascades

通讯作者：崔基炜（山东大学）

作者：Xiaomiao Cui, Zhiliang Gao, Kaijie Zhao, Ning Wang, Qun Yu, Muthupandian Ashokkumar, Jingcheng Hao, Jiwei Cui*

生物酶可在温和条件下显著加速反应进程，有效降低能耗并极大的减少废物产生，目前已成为工业和环境领域的前沿研究方向。然而，酶在实际应用中却面临着稳定性脆弱、易受环境因素干扰而失活、回收效率低下等严峻挑战，这些瓶颈极大地限制了其广泛应用。酶固定化技术可以改善酶的稳定性、重复使用性以及可回收性，在提高酶的实际应用方面发挥着至关重要的作用。然而，酶的传统固定化方法常受限于传质距离和扩散阻力增加的问题，导致酶的反应速率与催化效率下降。

为了开发可提高酶稳定性和催化效率的新型酶固定化方法，山东大学崔基炜教授（点击查看介绍）课题组通过超声介导的自组装策略将酶固定在具有中空结构的胶囊中，缩短了底物和酶之间的传质距离从而提高反应速率与催化效率。另外，共封装多种酶的胶囊可作为微反应器用于模拟复杂的生物代谢途径，增强生物催化级联反应。该研究成果发表于材料化学期刊Chemistry of Materials。

图1. 蛋白质-多酚胶囊的制备过程示意图以及表征。

在本研究中，作者开发了一种利用超声自组装制备多酚稳定蛋白胶囊的普适性方法。即在超声的辅助下制备乳液，使蛋白质在易挥发性全氟己烷（PFH）液滴和水之间的界面吸附并稳定，随后加入单宁酸（TA），通过强氢键交联蛋白质。最后蒸发去除PFH，即可得到蛋白质-多酚胶囊。通过调整超声功率，蛋白质-多酚胶囊的表现出良好的尺寸可控性。随后作者选择了不同种类的蛋白质来制备蛋白质-多酚胶囊。研究发现具有两亲性质的蛋白质在油水界面上的吸附均可达到稳定乳液的目的，证明超声介导的自组装制备蛋白质-多酚胶囊的方法具有一定的普适性。

图2. 不同蛋白质-多酚胶囊的制备。

为了开发具有多功能的蛋白质-多酚胶囊，作者使用上述同样的方法制备了同时含有葡萄糖氧化酶（GOx）和辣根过氧化物酶（HRP）的载酶蛋白质-多酚胶囊，实现了基于TMB比色法的葡萄糖即时检测（图2）。此外，他们还设计并制备了CaS-GOx/Fe载酶胶囊微反应器，该反应器能够提高细胞内的•OH水平，从而实现对肿瘤细胞增长的有效抑制。

综上所述，本工作开发了一种简便的方法来制备蛋白质胶囊，通过选择适当的酶，可将制备的胶囊定制为酶微反应器，增强生物催化级联反应。这种简便的制备策略可以大大拓宽功能纳米材料的构筑途径，并为生物医学应用提供了一个新的平台。

山东大学崔基炜教授为文章的通讯作者，硕士研究生崔小苗为文章的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金（(22372091, 22202117），山东省自然科学基金（ZR2021MB080），山东省国际合作（WST2021019）等项目的支持。

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Sono-Assembly of Polyphenol–Protein Capsules for Enhanced Biocatalytic Cascades

Xiaomiao Cui, Zhiliang Gao, Kaijie Zhao, Ning Wang, Qun Yu, Muthupandian Ashokkumar, Jingcheng Hao, Jiwei Cui*

Chem. Mater., 2024, 36, 18, 8864–8871

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c01698 

Published September 1, 2024

© 2024 American Chemical Society

导师介绍

山东大学崔基炜教授团队介绍

http://cis.sdu.edu.cn/cui_lab.htm 

https://www.x-mol.com/university/faculty/49994 

（本稿件来自ACS Publications）