科研进展|即插即用:上科大李健课题组开发可调控多功能催化材料

科研进展|即插即用:上科大李健课题组开发可调控多功能催化材料

近日，上海科技大学物质科学与技术学院李健课题组利用合成生物学、化学、材料学等多学科交叉技术，开发出一种可控制备的“即插即用”多功能催化材料，相关成果在国际知名学术期刊ACS上在线发表。

蛋白质-聚合物偶联物（-）中，聚合物与蛋白质通过共价键结合，可提高蛋白质的稳定性和生物相容性，还可赋予蛋白质温度响应、自组装等性能，广泛应用于生物医药、生物技术、纳米技术等领域。制备蛋白质-聚合物偶联物，人们通常采用原子转移自由基聚合等化学方法将聚合物与蛋白质偶联。然而，这种偶联过程往往涉及苛刻的试剂和化学反应，可能导致蛋白质（如酶）的功能或活性丧失；另外，蛋白质-聚合物偶联物一旦合成，其性质和功能就固定下来，很难进一步发展功能化，这限制了对该类偶联物更多潜在应用的后续研究。

针对上述问题，李健团队提出了一种制备蛋白质-聚合物复合物的新策略，该复合物不仅可以最大程度地保护目标蛋白质（如酶）的催化功能，而且可以作为一种通用材料，可以被不同类型的催化剂（如生物催化剂或纳米催化剂）重新功能化，开展催化反应。

研究人员选取一种不具有催化功能的骨架蛋白，首先通过合成生物学将非天然氨基酸引入骨架蛋白中，并在其上融合多肽作为后续功能化的手柄。其次通过化学方法在非天然氨基酸位点上进行聚合物聚合反应，制备出通用的蛋白质-聚合物共轭物。随后在温和的反应条件下，利用生物“点击”化学反应（即点击反应）将不同的功能基团连接到共轭物上，形成“功能基团-骨架蛋白-聚合物”复合物，该复合物可发挥功能基团的催化功能。理论上，这种通用的蛋白质-聚合物共轭物可以通过“点击”反应以“即插即用”的方式与任意催化功能基团功能化，实现可控的催化反应。

为了便于该缀合物的应用，研究人员还将该缀合物制成水凝胶，并选取绿色荧光蛋白、生物催化剂（酶）和纳米金催化剂对缀合物进行功能化。结果表明，这些功能分子可以通过“点击”反应成功地与水凝胶中的缀合物偶联，并能保持其相应的功能。有趣的是，功能化的凝胶催化材料还能按照预先设计的设计实现酶-化学级联催化反应。这种“即插即用”多功能催化材料的开发在化学合成、工业/生物催化和生物医药领域有着广阔的应用前景。

图(a)“功能基团-骨架蛋白-聚合物”制备过程示意图。(b)功能化共轭水凝胶材料实现酶-化学级联催化反应。

上海科技大学物质学院博士后刘雨诗为该论文第一作者，李健教授为唯一通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

论文标题：

即插即用——只需“点击”即可

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