具有化学酶分区的二氧化硅纳米结构

由于 疫苗接种工作进展顺利，人们在等待恢复正常生活。然而，由于罕见的血栓形成等不可预见的副作用，人们的担忧也在加剧。在体内，生命是靠物质或能量的运动维持的。化学反应受细胞器或细胞核心结构的存在调节，这些细胞器可容纳特定的酶或辅因子。具有合成催化剂活性(如模拟细胞的人工细胞器)和酶特性的纳米反应器为选择性合成天然对映体生物活性分子创造了一个平台，这些分子可以对体内的病原体做出反应。然而，到目前为止，还没有报道过具有合成催化剂和酶功能的纳米反应器用于这种平台。

为此，POSTECH 的一个研究团队最近合成了一种化学酶促纳米结构，它可以选择性地合成一种对映异构体，同时在细胞中充当人工细胞器。

由 In Su Lee 教授、Amit Kumar 研究教授和博士领导的研究团队。POSTECH 化学系的候选人 Seonock Kim 成功设计了二氧化硅纳米结构 (SiJAR) 作为人工细胞器，用于在细胞中选择性合成对映异构体。该研究成果被选为Angewandte Chemie的封面，并于2021年6月21日在线发表。

在设计用于细胞内应用的纳米结构时，首先要考虑的是稳定共定位和维持催化纳米晶体的反应表面，同时保护酶免于失活。到目前为止，容纳催化纳米晶体或酶或两者兼有的受自然启发的中空纳米结构的催化作用仅在实验上得到证实，尚未在生物体中得到证实。这是因为微孔封闭纳米结构限制了催化纳米晶体和大尺寸生物分子的进入和共定位。

研究小组通过使用时空控制的热转化化学改变反应器中一部分的化学成分，合成了带有化学响应金属硅酸盐盖的圆形罐形 SiJAR。由于 SiJAR 的分割构型，不同的催化贵金属(Pt、Pd、Ru)通过电流反应在盖子部分被选择性地修饰。随后，在温和的酸性条件或细胞内环境下打开盖子，在将盖子上残留的金属催化剂向内移动的同时，在壳中形成一条宽阔的通道。这种开放结构可容纳大型酶，从而促进封装。

本研究合成的纳米反应器由具有高生物相容性的二氧化硅组成，通过保护开口二氧化硅室中的催化纳米晶体或大生物分子，它通过酶-金属协同过渡态稳定进行具有高对映选择性的不对称羟醛反应。此外，研究人员证实，它通过在活细胞内稳定地进行反应，起到人工催化细胞器的作用。

通过这种复杂的固态转换策略可定制的混合化学酶纳米器件具有与细胞内细胞器相似的结构和功能，可用于在细胞内局部合成活性治疗剂和生物成像探针，适用于下一代生物成像和治疗。

“凭借这项使用独特的纳米空间受限化学反应 (NCCR) 的研究结果，我们期待开发人为调节细胞功能的技术，”领导该研究的 In Su Lee 教授评论道

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