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  聚合物囊泡是雙親性嵌段共聚物在溶劑中發(fā)生取向組裝排列形成的中空結構，具有良好的結構穩(wěn)定性及豐富的功能性，在藥物釋放、納米反應器、水凝膠等領域都有廣泛的應用。其中，負載生物酶的嵌段共聚物囊泡可作為納米反應器在催化領域有廣闊的應用前景而吸引了研究人員的廣泛關注。

  聚合物囊泡的制備主要通過溶液自組裝與聚合誘導自組裝兩種方法制備，但是兩種方法都有明顯的不足。溶液自組裝法的聚合物濃度較低(<1%)，難以實現(xiàn)大規(guī)模制備，并且通常需要使用有機溶劑，容易導致生物酶的失活。聚合誘導自組裝能在一定程度上解決溶液自組裝的問題，但是由于聚合誘導自組裝通常需要在高溫下聚合，也會導致生物酶的失活。廣東工業(yè)大學高分子材料與工程系譚劍波教授與張力教授團隊近年來發(fā)展了光調控聚合誘導自組裝方法(Photo-PISA)( ACS Macro Lett. 2016, 5, 894; ACS Macro Lett. 2018, 7, 255; ACS Macro Lett. 2019, 8, 205; Macromolecules 2017, 50, 5798; Macromolecules 2018, 51, 7396; Macromolecules 2019, 52, 7267; Macromolecules 2020, 53, 1212等)，在室溫下實現(xiàn)了聚合物囊泡的高效制備，溫和的反應條件能保持生物酶的活性。

  最近研究團隊發(fā)展了種子Photo-PISA方法，如圖1所示，首先通過Photo-PISA在室溫下制備了負載辣根過氧化物酶(HRP)的mPEG-PHPMA囊泡，然后以該囊泡為種子進行異丙基丙烯酰胺(NIPAM)的種子Photo-PISA制備了負載HRP的mPEG-PHPMA-PNIPAM囊泡。通過N,N’-二甲基丙烯酰胺(DMA)或雙丙酮丙烯酰胺(DAAM)與NIPAM共聚可改變聚合物囊泡的響應溫度。

圖1. 通過種子Photo-PISA制備負載HRP的溫敏聚合物囊泡

  圖2為所制備的聚合物囊泡TEM圖及通過光散射測定聚合物囊泡的溫敏性，mPEG-PHPMA囊泡不具備溫度響應性；當?shù)谌抖螢镻NIPAM時，響應溫度為30-32 ℃，與PNIPAM的LCST溫度接近；通過NIPAM與DAAM共聚，響應溫度可降低到26-27 ℃；通過NIPAM與DMA共聚，響應溫度可提高到28-40 ℃。當溶液溫度高于響應溫度時，聚合物囊泡第三嵌段由變?yōu)槭杷畯亩璧K了小分子底物進入囊泡，降低了納米反應器的酶催化活性；當溶液溫度低于響應溫度時，第三嵌段變?yōu)橛H水從而小分子底物能夠較順利進入囊泡，提高了納米反應器的酶催化活性。研究團隊利用聚合物囊泡的膜滲透性變化，構建了具有溫度響應性質的酶催化納米反應器。

圖2. 聚合物囊泡TEM圖及通過光散射測定聚合物囊泡的溫敏性：(a, e) mPEG-PHPMA; (b, f) mPEG-PHPMA-PNIPAM; (c, g) mPEG-PHPMA-P(NIPAM-co-DAAM); (d, h) mPEG-PHPMA-P(NIPAM-co-DMA)

  如圖3所示，當使用負載HRP的mPEG-PHPMA囊泡時，隨著溫度上升酶催化活性上升(與游離HRP趨勢一致)；當使用負載HRP的mPEG-PHPMA-PNIPAM囊泡時，展現(xiàn)了不一樣的酶催化活性溫度依賴性，當溶液溫度超過32 ℃時酶催化活性顯著降低，體現(xiàn)了該酶催化納米反應器的溫度可調性。這種策略使用于不同響應溫度的納米反應器，還可以應用于葡萄糖氧化酶(GOx)與HRP的酶聯(lián)催化反應，構建了溫敏酶聯(lián)催化納米反應器。

圖3. (a) 負載HRP的溫敏納米反應器的示意圖，(b, c) 負載HRP的mPEG-PHPMA囊泡在不同溫度下的催化活性，(d, e) 負載HRP的mPEG-PHPMA-PNIPAM囊泡在不同溫度下的催化活性

  將可見光調控聚合誘導自組裝(Photo-PISA)用于制備具有環(huán)境響應性的嵌段共聚物囊泡，為酶催化納米反應器的高效構建提供了一個新的普適性方法。該研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、廣州市科創(chuàng)委、廣東省珠江學者（青年學者）等的資助。相關成果以“Thermoresponsive Block Copolymer Vesicles by Visible Light-Initiated Seeded Polymerization-Induced Self-Assembly for Temperature-Regulated Enzymatic Nanoreactors”為題發(fā)表在ACS Macro Lett. 2020, 9, 533?539上。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.0c00151