酶“住”进多孔胶囊就不“罢工”了？我国团队用树枝状大分子定制“豪宅”，稳定性提升显著

“酶是生物催化的‘超级工人’，但总爱‘闹脾气’——遇高温就‘躺平’，重复用几次就‘辞职’，这可咋办？”在医药合成、食品加工等领域，酶的高效催化能力不可或缺，但它“娇气易失活”的特性，一直是工业应用的“老大难”。传统固定化方法要么让酶“挤单间”（载体孔径太小，底物进不去），要么让酶“住漏房”（载体孔径太大，酶容易流失），导致催化效率低、稳定性差。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，提出给酶“定制豪宅”的解决方案：用树枝状大分子（PAMAM）当“建筑师”，诱导合成多孔有机硅胶囊（OSPN），像“带专属通道的别墅”一样包裹酶，不仅让酶“住得舒服”，还能通过调控胶囊结构提升催化效率，为生物催化“降本增效”打开新思路。

酶的“职场困境”：传统“工位”太简陋，干不了几天就“罢工”

酶是自然界的“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，在糖尿病药物合成、功能性食品加工中作用关键。但这位“高手”很“娇气”：游离酶在反应中像“散兵游勇”，容易聚集、失活，重复使用3次活性就掉一半；传统固定化载体又像“简陋工位”——有的孔径比酶还小，底物和产物“挤不进也出不来”；有的孔径太大，酶像“没关好门的快递”，反应时“漏”出来，导致催化效率打折，工业生产中“用不起也留不住”。

“就像请了位顶级厨师，结果厨房没灶台、没通风，厨师怎么做出好菜？”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）通常不足10小时，而工业生产需要酶能稳定工作数天，这种“供需矛盾”让生物催化规模化应用一直“卡脖子”。

树枝状大分子当“建筑师”，给酶造“带孔别墅”

为了给酶建个“宜居工位”，团队盯上了“树枝状大分子（PAMAM）”——这种分子像一棵“纳米级小树”，分支规整、表面布满活性位点，堪称“分子级建筑师”。他们让PAMAM“指挥”有机硅前体组装，一步步搭出多孔有机硅胶囊（OSPN），再把MIase“请”进去，形成MIase@OSPN复合催化剂（Fig.1）。

“这‘别墅’设计有讲究：PAMAM的分子量和浓度是‘设计图纸’。”团队成员解释，调大PAMAM分子量（比如用更高代数的PAMAM），胶囊孔径会跟着变大（Fig.3）；增加PAMAM浓度，孔道数量会变多（Fig.4）。最终建成的“别墅”有三大亮点：**多孔“呼吸墙”**（孔径2-5nm，刚好让底物和产物自由进出，Fig.2g）、**有机硅“防弹壳”**（化学稳定性好，抗酸碱高温，Fig.2h的TGA显示热稳定性提升）、**内部“软沙发”**（PAMAM的氨基基团和酶温和结合，避免酶“受伤”失活，Fig.2c的FT-IR证实相互作用）。

“别墅”住得舒服吗？酶活性更高，重复用10次还“干劲十足”

团队给这“别墅”做了全面“体检”：TEM图像显示OSPN是规整的球形，表面和内部布满蜂窝状孔隙（Fig.2a、b），像“带多个窗户的胶囊”；XPS光谱证实PAMAM成功“嵌入”胶囊结构（Fig.2d-f），说明“建筑师”确实参与了建造。

更关键的是“住户体验”——催化性能测试。以D-果糖转化为模型反应，MIase@OSPN表现亮眼：动力学数据显示（Table 1、2），优化后的胶囊让酶与底物的亲和力（米氏常数Km）降低，催化效率（kcat/Km）比传统载体高1.5倍以上；稳定性测试中，游离酶重复用5次活性只剩不到20%，而MIase@OSPN用10次后活性仍超60%，“相当于厨师在‘别墅’里连干10天还精力充沛，在‘简陋工位’5天就累倒了。”

不止“住得好”，还能“按需装修”，医药食品行业或受益

研究团队指出，这种“树枝状大分子诱导法”就像“模块化建房”，换种酶就能“定制不同户型”——比如包埋蛋白酶可用于洗涤剂，包埋脂肪酶可用于生物柴油生产。未来通过调整PAMAM的“设计图纸”，还能让胶囊带上“功能房间”（如pH响应孔道），满足不同反应需求。

“酶的‘住房问题’解决了，生物催化的成本就能降下来，医药、食品等行业都可能用上更高效、更便宜的催化剂。”团队展望，或许未来超市里的低糖食品、医院里的廉价药物，都有这“酶别墅”的一份功劳。