最新AFM：既是弹性体也是人工酶

过氧化物酶，特别是辣根过氧化物酶（HRP），凭借催化多种有机反应的能力，已经成为有机合成领域的强大工具。然而，与其他酶一样，在工业和合成领域使用过氧化物酶存在着稳定性的问题。虽然将酶固定在固体基质上可延长其使用寿命，但这也无法解决酶泄漏、酶失活等问题。

作为替代方案，人们发展了人工酶来进行使用。例如氯化血红素（hemin）就可以作为一种过氧化物酶的模拟物，其可以作为天然过氧化物酶催化中心的替代物展现出生物学活性。然而，氯化血红素无法溶于水溶液，并且在酸或碱环境中会形成无催化活性的二聚体。因此，发展可以最小化血红素二聚化行为并且具有过氧化物酶活性的人工酶意义重大。

近期，加拿大麦克马斯特大学的CodyB. Gale等人设计构建了一种硅树脂/氯化血红素弹性体。在这一弹性体中，氯化血红素既扮演了交联剂的角色也起到了催化中心的作用。在TMB实验中，这一弹性体同时展现出了优异的过氧化物酶活性和溶剂稳定性。相关工作以“Hemin-Doped, Ionically Crosslinked Silicone Elastomers withPeroxidase-Like Reactivity”为题发表在Advanced Functional Materials。

【文章要点】

一、弹性体的制备

作者将氨烷基硅树脂与氯化血红素在溶剂中混合，并通过溶剂清除和热处理形成离子交联的弹性体（图1）。在弹性体合成过程中，为了解决血红素和硅树脂的溶解问题，作者发现将硅树脂加入到血红素-异丙醇分散液中可急剧增加血红素的溶解性。作者认为这可能是因为硅树脂上的胺充当了有机碱，对血红素进行去质子化作用从而使其形成羧酸化合物，最终帮助血红素溶解在异丙醇溶剂中。此外，硅树脂的类型、制备时长、羧基/氨基比例对弹性体的制备和稳定性都具有不同的影响。

图1血红素的结构和弹性体的制备

二、弹性体的过氧化物酶活性

经过优化，研究以二甲基-3-[(2-氨基乙基)氨基]丙基甲基(硅氧烷与聚硅氧烷) 这一硅树脂共聚物和血红素混合形成H-E-NN弹性体。利用鲁米诺试验，研究测量了该弹性体表面的过氧化物酶性能。如图2所示，200微米厚的弹性体在鲁米诺溶液中能够快速产生明亮的化学发光行为，这表明弹性体中的氯化血红素不仅依然保持了接触鲁米诺溶液的能力，还很好地保留了过氧化物酶活性。进一步的实验也验证了，在水-弹性体界面的血红素展现出的过氧化物酶反应活性与米氏方程酶动力学一致。这些结果均说明，研究发展了一种简单可循环策略用以制备具有过氧化物酶活性的疏水薄膜。

图2 Luminol试验测定弹性体的过氧化物酶活性

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202105453

来源：高分子科学前沿

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