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利用红外激光辐照控制固定在金属纳米颗粒表面上的酶的活性 - Usando irradiação de laser infravermelho para controlar a atividade de enzimas imobilizadas na superfície de nanopartículas de metal

Publicado em 18 março 2021

?可以使用光来远程控制工业过程,实验室和生物中酶的活性。这需要将它们固定在纳米颗粒的表面并用激光照射。近红外光可以穿透活体组织而不会对其造成损害。

纳米粒子吸收辐射的能量,然后以热或电子效应的形式释放回去,从而触发或增强酶的催化活性。这构成了一个新的研究领域,即等离激元生物催化。

巴西圣保罗大学化学研究所(IQ-USP)进行的研究调查了固定在金纳米颗粒上的酶的活性,这些金纳米颗粒由红外激光辐照控制。报告结果的文章发表在ACS Catalysis(美国化学学会的期刊)上。

该研究得到圣保罗研究基金会(FAPESP)的支持,并获得了主要作者Heloise Ribeiro de Barros的博士后奖学金和国外研究实习奖学金。多用户设备补助金;由罗伯托·曼努埃尔·托雷西(Roberto Manuel Torresi)主持的主题项目“优化纳米结构材料在分子识别,催化和能量转换/存储中的物理化学性能”。

Ribeiro de Barros说:“我们使用脂肪酶[CaLB]作为模型酶,固定在球形和星形两种形状的金纳米颗粒上。” “红外激光仅通过用外部光照射就可以无创地促进酶的活性。”

研究表明,不仅材料的成分,而且其几何形状都会影响纳米颗粒对酶的作用。

Ribeiro de Barros说:“当脂肪酶固定在金纳米星上时,酶活性显着增强,增加了58%。” “相比之下,金纳米球的增加幅度要小得多,仅为13%。较大的增加幅度对应于纳米星表面之间的共振效应和来自激光的辐射。”

这里考虑的幅度是局部表面等离子体共振(LSPR)。纳米球的LSPR在525纳米处吸收,而纳米星的LSPR达到700 nm,更接近于808 nm的红外激光波长。

“入射光在金纳米颗粒中引起能量驱动的过程,例如温度升高或电子效应,这会影响固定在其表面上的酶的性质。可以得出结论,LSPR激发促进的金纳米星表面的局部光热加热导致脂肪酶的生物催化作用增强。该结论可以扩展到酶和等离子体纳米颗粒的其他组合。”

——Heloise Ribeiro de Barros,巴西圣保罗大学化学研究所(IQ-USP)研究首席作者

广泛的潜在应用包括生物催化以加速工业规模的化学反应和对致病酶的体内控制。在更遥远的未来,可以想象将这种方法用于治疗帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等疾病。当然,要成为真正的替代方案,还需要进行更多研究。

“从医学的角度来看,该研究的主要目的是在不久的将来指出无需侵入性手术并且采用特定的时空方法避免当前方法的副作用的疾病治疗解决方案,里贝罗·德·巴罗斯(Ribeiro de Barros)说。