近日，国际化学领域权威期刊《Green Chemistry》（2023影响因子9.3，中科院一区）报道了我校“微纳生物技术”创新团队的研究成果“Lipase-entrapped colloidosomes with light-responsive wettability for efficient and recyclable Pickering interfacial biocatalysis”中文译名：“载脂肪酶胶体囊具有光响应润湿性用于高效和可循环的Pickering界面生物催化”(DOI: 10.1039/d4gc03982c)。论文第一作者为生命科学与工程学院2022级硕士研究生杨丁一，通讯作者为孟涛教授，西南交通大学为唯一署名单位和通讯作者单位。
刺激响应型Pickering界面生物催化系统凭借其优异的催化效率、独特的环境适应性和高效的酶回收能力，有望为生物医药合成、食品加工以及环境治理等多个领域带来革命性的变化。然而，迄今为止报道的各种刺激方法（如 pH 值、CO2/N2、温度和磁场）不可避免酶失活和高能量损耗由于酶促反应环境的变化和高的能量壁垒。光响应Pickering界面生物催化系统（LPIB）是理想的由于其简便和干净的触发模式，但紫外光导致的酶失活和光敏剂的光降解限制了其广泛应用。二氧化钛 （TiO2） 纳米颗粒为光敏剂易光降解的问题提供了解决方案由于它们的光可逆和光稳定性。然而，基于TiO2纳米颗粒的光响应 Pickering 乳液目前受限于耗时的过程，这是由于低的光活性。在本研究中，TiO2纳米颗粒和脂肪酶通过一步共组装策略形成载酶胶体囊。我们发现，胶体囊的聚集效应既可增强光致润湿性转化又可保护内部酶免受紫外光降解失活，这是由于胶体囊的多层外壳构建了一个物理屏障，削弱了紫外光对酶的影响；具有渗透性的壳层，同时保证了底物和产物的扩散传递。此外，TiO2纳米颗粒的光致润湿性转变时间被缩短至30分钟，这是由于胶体囊的纳米颗粒聚集效应，一个颗粒所衍射的光会被相邻的颗粒所吸收，进一步促进了光吸收，增强了电荷分离过程；聚集增强的电场束缚了光致空穴和电子的运输途径，大大降低了他们复合的可能性。
图1 LTCs的光响应润湿性可逆转化和Pickering界面生物催化机制
文章亮点：①通过物理堆积法，一步制备具有光响应润湿性的载脂肪酶胶体囊（LTCs）作为Pickering乳化剂和催化剂；②LTCs在循环使用20次后酶活保留率仍高达89%，由于TiO2纳米颗粒的光稳定性和胶体囊的聚集效应保护了内部酶的活性；③TiO2纳米颗粒的光开关时间被缩短至30分钟，由于胶体囊的聚集效应显著增强了其光吸收性能。
图2 LTCs的催化及循环性能
总结展望：本研究提供了一种绿色的方法来构建高效和可循环使用的LPIB系统。与现有的LPIB系统相比，LTCs具有更优异的可回收性能由于胶体囊的聚集效应带来的高酶活保留率、光开关速率以及TiO2纳米颗粒带来的光稳定性。该研究得到国家自然科学基金项目（22378336, 21776230, 22204130），四川省科技厅重点研发项目（2020YFG0092, 2022NSFS1211），中央高校基础研究基金（2682021ZTPY031, 2682021CX087）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D4GC03982C
课题组主页：https://faculty.swjtu.edu.cn/mengtao/zh_CN/index.htm
第一作者简介：杨丁一同学，生命科学与工程学院，2022级生物与医药专业硕士研究生，研究生国家奖学金获得者。
文字/苑昊
