搜索:  
广东工业大学谭剑波-张力课题组:可见光调控聚合诱导自组装(Photo-PISA)构建酶催化纳米反应器
2020-03-27  来源:高分子科技

  聚合物囊泡是双亲性嵌段共聚物在溶剂中发生取向组装排列形成的中空结构,具有良好的结构稳定性及丰富的功能性,在药物释放、纳米反应器、水凝胶等领域都有广泛的应用。其中,负载生物酶的嵌段共聚物囊泡可作为纳米反应器在催化领域有广阔的应用前景而吸引了研究人员的广泛关注。


  聚合物囊泡的制备主要通过溶液自组装与聚合诱导自组装两种方法制备,但是两种方法都有明显的不足。溶液自组装法的聚合物浓度较低(<1%),难以实现大规模制备,并且通常需要使用有机溶剂,容易导致生物酶的失活。聚合诱导自组装能在一定程度上解决溶液自组装的问题,但是由于聚合诱导自组装通常需要在高温下聚合,也会导致生物酶的失活。广东工业大学高分子材料与工程系谭剑波教授与张力教授团队近年来发展了光调控聚合诱导自组装方法(Photo-PISA)( ACS Macro Lett. 2016, 5, 894; ACS Macro Lett. 2018, 7, 255; ACS Macro Lett. 2019, 8, 205; Macromolecules 2017, 50, 5798; Macromolecules 2018, 51, 7396; Macromolecules 2019, 52, 7267; Macromolecules 2020, 53, 1212等),在室温下实现了聚合物囊泡的高效制备,温和的反应条件能保持生物酶的活性。


  最近研究团队发展了种子Photo-PISA方法,如图1所示,首先通过Photo-PISA在室温下制备了负载辣根过氧化物酶(HRP)的mPEG-PHPMA囊泡,然后以该囊泡为种子进行异丙基丙烯酰胺(NIPAM)的种子Photo-PISA制备了负载HRP的mPEG-PHPMA-PNIPAM囊泡。通过N,N’-二甲基丙烯酰胺(DMA)或双丙酮丙烯酰胺(DAAM)与NIPAM共聚可改变聚合物囊泡的响应温度。


图1. 通过种子Photo-PISA制备负载HRP的温敏聚合物囊泡


  图2为所制备的聚合物囊泡TEM图及通过光散射测定聚合物囊泡的温敏性,mPEG-PHPMA囊泡不具备温度响应性;当第三嵌段为PNIPAM时,响应温度为30-32 ℃,与PNIPAM的LCST温度接近;通过NIPAM与DAAM共聚,响应温度可降低到26-27 ℃;通过NIPAM与DMA共聚,响应温度可提高到28-40 ℃。当溶液温度高于响应温度时,聚合物囊泡第三嵌段由变为疏水从而阻碍了小分子底物进入囊泡,降低了纳米反应器的酶催化活性;当溶液温度低于响应温度时,第三嵌段变为亲水从而小分子底物能够较顺利进入囊泡,提高了纳米反应器的酶催化活性。研究团队利用聚合物囊泡的膜渗透性变化,构建了具有温度响应性质的酶催化纳米反应器。


图2. 聚合物囊泡TEM图及通过光散射测定聚合物囊泡的温敏性:(a, e) mPEG-PHPMA; (b, f) mPEG-PHPMA-PNIPAM; (c, g) mPEG-PHPMA-P(NIPAM-co-DAAM); (d, h) mPEG-PHPMA-P(NIPAM-co-DMA)


  如图3所示,当使用负载HRP的mPEG-PHPMA囊泡时,随着温度上升酶催化活性上升(与游离HRP趋势一致);当使用负载HRP的mPEG-PHPMA-PNIPAM囊泡时,展现了不一样的酶催化活性温度依赖性,当溶液温度超过32 ℃时酶催化活性显著降低,体现了该酶催化纳米反应器的温度可调性。这种策略使用于不同响应温度的纳米反应器,还可以应用于葡萄糖氧化酶(GOx)与HRP的酶联催化反应,构建了温敏酶联催化纳米反应器。


图3. (a) 负载HRP的温敏纳米反应器的示意图,(b, c) 负载HRP的mPEG-PHPMA囊泡在不同温度下的催化活性,(d, e) 负载HRP的mPEG-PHPMA-PNIPAM囊泡在不同温度下的催化活性


  将可见光调控聚合诱导自组装(Photo-PISA)用于制备具有环境响应性的嵌段共聚物囊泡,为酶催化纳米反应器的高效构建提供了一个新的普适性方法。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广州市科创委、广东省珠江学者(青年学者)等的资助。相关成果以“Thermoresponsive Block Copolymer Vesicles by Visible Light-Initiated Seeded Polymerization-Induced Self-Assembly for Temperature-Regulated Enzymatic Nanoreactors”为题发表在ACS Macro Lett. 2020, 9, 533?539上。


  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.0c00151

版权与免责声明:大发排列3网原创文章。刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@jjttf.com,并请注明出处。
(责任编辑:xu)
】【打印】【关闭

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯
更多>>科教新闻