闫学海：氨基酸和酞菁共组装纳米囊泡模拟光氧化酶

chengxu

酶是一种高效、绿色的生物催化剂。为了获得与酶活性相媲美的催化剂，并克服酶本身稳定性的局限，构建模拟酶成为一种可行的策略。设计人工酶的核心是以天然酶为蓝本，利用尽可能简化的构筑基元模拟其催化机制。目前，已经报道了有许多种模拟酶，其中催化中心可为金属有机配合物、有机辅因子和无机矿物，载体基质通常采用蛋白质和聚合物等材料。催化中心和载体一般以共价键偶联，这依赖繁琐的有机合成。如何利用简单有效的方法使载体精确调控催化中心形成具有活性的三维结构，成为设计和构建人工酶的巨大挑战。借助非共价分子间相互作用，分子自组装成为构筑结构功能体的一种新策略。实际上，天然酶中的反应中心和载体蛋白大多数以非共价键结合。比如，叶绿体中的光氧化酶就是以脂蛋白调控叶绿素组织来实现光敏氧化活性。

最近，中国科学院过程工程研究所闫学海课题组将氨基酸和酞菁作为简化的构筑基元，通过生物膜启发的自组装策略制备了纳米囊泡，模拟了光氧化酶的组织形式和催化机制。两亲性的氨基酸和酞菁分子通过静电、疏水和π堆叠等多重分子间弱相互作用的协同，形成了纳米囊泡，氨基酸和酞菁共同构成了膜结构。这样的组织避免了酞菁分子之间的聚集，减轻了具有芳香结构的染料分子聚集引起的淬灭效应。与游离的酞菁分子相比，纳米囊泡在水溶液中具有显著增强的荧光强度和寿命。纳米囊泡上的激发态可以通过系间穿越传递到三线态，接着能量转移到氧分子生成单线态氧，从而具有光敏氧化的活性。在多巴胺光氧化的模型反应中，纳米囊泡表现出增强的光敏氧化活性和光稳定性，实现了黑色素的持续合成。因此，纳米囊泡在光氧化领域有着广泛的潜在应用，如有机合成、污水处理和光动力治疗等。该工作为超分子模拟酶的设计提供了一个范例，同时为理解原始光合成膜系统的进化提供了一个新视角。

相关结果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上，文章共同第一作者为硕士生韩晶晶和博士生刘凯（现工作于格罗宁根大学）。

该论文作者为：Jingjing Han, Kai Liu, Rui Chang, Luyang Zhao, Xuehai Yan

Photooxidase-mimicking nanovesicles with superior photocatalytic activity and stability based on amphiphilic amino acid and phthalocyanine co-assembly

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201811478