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Angew. Chem.｜在活細(xì)菌中合成金屬-聚合物納米復(fù)合物：探索細(xì)胞內(nèi)材料構(gòu)筑新路徑
將活體生物系統(tǒng)作為材料合成平臺，已成為功能性納米復(fù)合材料研究的一個重要方向。相比傳統(tǒng)的體外合成方法，細(xì)胞內(nèi)原位構(gòu)建材料具有環(huán)境友好、反應(yīng)溫和、空間控制精確等優(yōu)勢。因此，如何有效調(diào)動細(xì)胞這一“天然反應(yīng)器”的功能，引導(dǎo)其在體內(nèi)合成復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)，成為當(dāng)前亟需攻克的關(guān)鍵技術(shù)難題。
近期，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院耿晉研究員團(tuán)隊在Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表研究論文，題為“Intracellular Polymerization Induced Self-Assembly and Gold Nanocomposite Synthesis in Living Bacteria”。該工作發(fā)展了一種基于細(xì)胞內(nèi)聚合誘導(dǎo)自組裝（iPISA）的新策略，實現(xiàn)了在活大腸桿菌中合成金–聚合物納米復(fù)合物，將細(xì)菌轉(zhuǎn)化為“活體納米制造工廠”。
細(xì)胞內(nèi)自組裝的設(shè)計與調(diào)控
研究團(tuán)隊設(shè)計了一系列結(jié)構(gòu)和電荷性質(zhì)不同的聚合單體，通過RAFT聚合機(jī)制在細(xì)胞內(nèi)引發(fā)自組裝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同電荷特性的聚合物與細(xì)胞膜的相互作用差異顯著，直接影響材料的空間分布。某些配方更傾向于在細(xì)胞內(nèi)部形成納米復(fù)合物，而另一些則主要定位于細(xì)胞表面。這一結(jié)果為調(diào)控納米材料的合成位置提供了可行策略：只需調(diào)整反應(yīng)體系中的關(guān)鍵成分，即可實現(xiàn)在胞內(nèi)或胞外構(gòu)筑功能材料。
拓展功能：構(gòu)建細(xì)菌-材料雜合體系用于光催化反應(yīng)
除了材料合成，該體系在功能拓展方面也表現(xiàn)出良好潛力。團(tuán)隊進(jìn)一步利用“負(fù)載”金-聚合物復(fù)合材料的大腸桿菌，開展了光催化反應(yīng)研究。結(jié)果表明，這些“雜合細(xì)菌”能夠在溫和條件下催化醛醇縮合反應(yīng)，有效合成2-乙基己烯醛。此外，復(fù)合材料中的金納米顆粒可吸收可見光，激發(fā)高能電子，從而提升聚合物材料的光催化活性。在染料羅丹明B的降解實驗中，該體系亦表現(xiàn)出優(yōu)異效率，顯示出在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
展望與意義
本研究展示了活細(xì)菌在納米復(fù)合材料原位構(gòu)建中的獨特優(yōu)勢，為綠色合成提供了新策略。通過精確調(diào)控細(xì)胞內(nèi)外的反應(yīng)行為，該方法有望在催化、傳感、生物制造等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛應(yīng)用。
該工作由中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院耿晉研究員、戴卓君研究員和澳門大學(xué)郭珩輝研究員共同通訊，博士研究生張詩玲為第一作者。研究獲得國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、廣東省珠江人才計劃以及深圳市醫(yī)學(xué)研究專項等資助支持。
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