基于人工多酶复合体的可回收Pickering乳液体系及其在级联生物催化合成中的应用

这篇研究开创性地将人工多酶复合体(ArPoly)与Pickering乳液技术相结合，开发出具有可调控界面特性的新型生物催化平台。该体系以牛血清白蛋白(BSA)为支架，通过原子转移自由基聚合(ATRP)构建两亲性蛋白-聚合物复合物，成功实现了单步反应、多酶级联和全细胞催化等多种生物转化过程。特别值得一提的是，通过引入阳离子聚合物(PolyN++)，该体系首次实现了ArPoly的高效回收利用，在1-苯基乙醇和1-苯基丁酸酯的三步级联合成中展现出卓越的催化性能和稳定性。

　　

人工多酶复合体稳定Pickering乳液体系的创新研究

1 引言

人工酶的设计与开发是扩展生物催化剂工具箱的重要方向。传统的人工酶通常通过在蛋白质支架中引入催化位点来构建，但这种方法存在催化金属位点有限、反应活性较低等局限性。为解决这些问题，研究人员开发了聚合物-蛋白质复合物（ArPoly），将通用蛋白质支架与定制聚合物相结合，为生物催化提供了新思路。

2 结果与讨论

2.1 ArPoly稳定的Pickering乳液

研究团队以牛血清白蛋白（BSA）为蛋白质支架，通过原子转移自由基聚合（ATRP）共聚水溶性单体（苯乙烯磺酸盐）和疏水性配体单体，成功合成了具有良好两亲性的ArPoly。优化实验表明，以正己烷为油相、水油比为5:5时，乳液体系表现出最佳稳定性，可保持24小时以上不破乳。荧光显微镜观察证实，该体系形成的是典型的油包水型乳液，液滴直径均匀分布在3-10微米之间。

2.2 Pickering乳液中的催化性能

在转氨酶（ATA）催化的模型反应中，ArPoly稳定的乳液体系展现出显著优势。与传统的两相系统相比，乳液体系在60分钟内即可实现接近100%的转化率，而对照组的转化率不足20%。研究还发现，ArPoly浓度在20 mg/mL时达到最佳催化效果。该体系同样适用于多酶级联反应，在ADH-ht和BAL催化的两步反应中，乳液体系产生的苯偶姻浓度达到4 mM，是两相系统的8倍。更有趣的是，当引入过表达ADH-a的全细胞时，最终产物1-苯基乙醇的浓度达到28 mM，比对照组提高了56倍。

2.3 可回收Pickering乳液及化学酶法级联

为实现乳液体系的循环利用，研究人员设计了含铵基团的阳离子聚合物（PolyN⁺⁺）。通过电荷相互作用，ArPoly可被高效沉淀回收。回收的ArPoly在[RuCl₂(p-cymene)]₂配合下，成功模拟了脱氢酶活性，在1-苯基乙醇的合成中保持了70%以上的转化率。在更复杂的三步级联反应中，ArPoly与ATA和脂肪酶B（CalB）协同作用，最终产物1-苯基丁酸酯的产量达到33 mM，显著高于两相系统的5 mM。荧光显微镜观察显示，回收后的ArPoly仍能有效稳定乳液界面。

3 结论

该研究成功开发了基于ArPoly的Pickering乳液平台，展示了其在生物催化级联合成中的广泛应用前景。该体系不仅具有优异的稳定性和催化效率，还能通过简单方法实现回收利用，为复杂化学品的绿色合成提供了新思路。这种将合成生物学与材料科学相结合的创新策略，有望推动工业生物技术的可持续发展。