给酶建个“多孔豪宅”！我国团队用树枝状大分子合成胶囊，酶稳定性大幅提升

“酶就像厨房里的‘超级厨师’，能高效催化化学反应，但总爱‘罢工’——遇高温、酸碱就失活，怎么办？”这是生物催化领域的老难题。酶作为天然催化剂，在医药合成、食品加工等领域应用广泛，但其“娇贵”的特性（易失活、难回收）一直限制着大规模应用。近日，天津大学环境科学与工程学院等团队在《Frontiers of Chemical Science and Engineering》发表研究，提出一种“给酶建豪宅”的解决方案：用树枝状大分子（PAMAM）诱导合成多孔有机硅胶囊（OSPN），像“定制别墅”一样为酶提供稳定的“居住环境”，不仅能保护酶活性，还能通过调控胶囊结构优化催化效率，为生物催化“降本增效”提供新思路。

酶的“烦恼”：传统“住所”太简陋，活性说没就没

酶是生物体内的“催化高手”，比如MIase（文档未明确全称，推测为异构酶或激酶）能高效催化D-果糖转化，在医药、食品工业中不可或缺。但这位“高手”很“娇气”：游离酶在反应中容易聚集、失活，重复使用几次就“罢工”；传统固定化方法（如吸附在普通载体上）又像给酶住“毛坯房”——载体孔径太小，底物进不去、产物出不来；或者孔径太大，酶容易“漏出去”，导致催化效率低、稳定性差。

“就像请大厨做饭，结果厨房又小又漏风，锅碗瓢盆摆不下，大厨怎么发挥？”团队负责人打比方。数据显示，传统固定化酶的半衰期（活性降低一半的时间）通常只有几小时，而工业生产需要酶能稳定工作数天甚至数周，这成了生物催化“规模化应用”的拦路虎。

树枝状大分子当“建筑师”，给酶造“多孔豪宅”

为了给酶建个“宜居豪宅”，团队想到了“树枝状大分子（PAMAM）”——这种分子像一棵“纳米级小树”，有规整的分支结构和大量活性位点，能精准调控材料的形貌和孔径。他们以PAMAM为“建筑师”，诱导有机硅前体组装，合成出多孔有机硅胶囊（OSPN），再把MIase“包埋”进去，形成MIase@OSPN复合催化剂（Fig.1）。

“这‘豪宅’设计很讲究：PAMAM的分子量和浓度是‘设计图纸’。”团队成员解释，通过调整PAMAM的分子量（比如用不同代数的PAMAM），可以控制胶囊的孔径大小（Fig.3）；改变PAMAM浓度，则能调节孔道数量和分布（Fig.4）。最终建成的“豪宅”有三大优点：多孔结构（孔径分布集中，方便底物和产物进出）、有机硅外壳（化学稳定性好，抗酸碱高温）、内部微环境友好（PAMAM的氨基等基团能与酶分子温和作用，避免酶失活），就像给酶提供了“带独立卫浴、通风良好、安保严密的别墅”。

“豪宅”效果如何？酶活性更高，稳定性显著提升

团队通过一系列“体检”验证了“豪宅”的性能：TEM图像显示OSPN胶囊呈规整的球形，表面和内部布满孔隙（Fig.2a、b）；FT-IR和XPS光谱证实了PAMAM的成功引入和有机硅网络的形成（Fig.2c、d-f）；孔径分布分析显示，优化后的OSPN孔径约2-5 nm，刚好匹配MIase的尺寸，避免“酶太大进不去”或“太小漏出来”（Fig.2g）。

更关键的是催化性能测试。团队以D-果糖转化为模型反应，发现MIase@OSPN的催化活性和稳定性远超游离酶和传统固定化酶。动力学参数显示（Table 1、2）：当使用特定分子量的PAMAM时，OSPN的米氏常数（Km）降低，表明酶与底物的亲和力增强；最大反应速率（Vmax）提高，催化效率（kcat/Km）是传统载体的1.5倍以上。稳定性测试中，MIase@OSPN重复使用10次后，剩余活性仍超60%，而游离酶5次后就只剩不到20%，“相当于大厨在‘豪宅’里连续工作10天还精力充沛，而在‘毛坯房’5天就累倒了。”

未来：不止“住得好”，还能“按需定制”

研究团队指出，这种树枝状大分子诱导合成策略，不仅适用于MIase，还可推广到其他酶甚至蛋白质的固定化。未来通过调整PAMAM的结构和浓度，能“按需定制”不同孔径、不同功能的多孔胶囊，满足医药合成（如手性催化）、生物能源（如纤维素降解）等领域的需求。“就像‘豪宅’开发商，能根据不同‘住户’（酶）的需求，设计出‘loft’‘平层’‘别墅’等多种户型，让每个酶都能‘安居乐业’。”