酶分子的自驱动及其介导的微纳马达

作     者：胡阳 孙彦 HU Yang;SUN Yan

作者机构：天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室天津300350 中国海洋大学食品科学与工程学院山东青岛266003 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2023年第74卷第1期

页      面：116-132页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

基　　金：中国博士后科学基金项目(2022M712997) 中央高校基本科研业务费专项资金(202213027) 

主　　题：酶 生物催化 纳米技术 自驱动 趋化性 

摘      要：在生命活动中扮演重要角色的生物催化剂酶,被发现在催化底物转化的过程中能表现分子水平的扩散增强行为。这种自驱动的扩散增强现象提供了一个研究酶的新角度:酶分子马达(EMM)。受到天然生物分子马达的启发,EMM被用作“引擎开发出了一系列的酶驱动微纳马达和微泵,将催化过程中的化学能转化为动能,驱动微纳尺度的运动。通过巧妙的设计,酶驱动微纳设备可以实现功能化、完成各种任务,引起了广泛的关注。然而,EMM和酶驱动微纳设备的运动机理尚处于争论之中,酶驱动设备尺寸、结构、酶的性质对运动性能的影响也尚未明晰,制约着EMM和微纳设备的研究和应用。因此,本文综述EMM的自驱动运动以及作为“引擎驱动的微纳马达和微泵。首先,简述低Reynolds数环境中实现微观自驱动运动的条件,阐述酶分子的自驱动和趋化行为,归类EMM运动机理;其次,归纳酶驱动微纳马达和微泵,重点评述酶分子作为“引擎驱动人工合成微纳马达的实现途径及其潜在应用;最后,总结酶分子自驱动及其驱动微纳尺度运动存在的主要挑战,并提出进一步研究的重点方向。