上海科大课题组开发可调控多功能催化材料

近日，上海科技大学物质学院课题组利用合成生物学、化学及材料科学等多学科交叉技术开发出可调控的“即插即用”多功能催化材料，相关成果在线发表于国际知名学术期刊ACS Catalysis。文中提出了一种制备蛋白质-聚合物缀合物的新策略，既可以最大程度地保护目标蛋白（如酶）的催化功能，又可以作为一种通用材料，被不同类型的催化剂（例如生物催化剂或纳米催化剂）再次功能化后进行催化反应。

研究人员选取一种无催化功能的骨架蛋白，首先通过合成生物学手段将非天然氨基酸定点引入该骨架蛋白，同时在其上融合SpyTag肽段作为后续功能化的抓手。其次通过化学方法对非天然氨基酸位点进行高分子聚合反应，制备出通用型蛋白质-聚合物缀合物。随后在温和的反应条件下，利用生物“点击”化学反应（click reaction）（即SpyTag-SpyCatcher反应）将不同的功能基团与缀合物进行连接，进而形成“功能基团-骨架蛋白-高分子聚合物”的复合物，该复合物即可行使功能基团的催化功能。

为了便于缀合物的应用，研究人员还将缀合物制成水凝胶，并分别选取了绿色荧光蛋白、生物催化剂（酶）以及纳米金催化剂对缀合物进行功能化。结果表明，这些功能分子均可成功与水凝胶中的缀合物通过“点击”反应进行耦合，并能保持自身的相应功能。有趣的是，功能化的凝胶催化材料还能按照预先设计实现酶促-化学级联催化反应。这一“即插即用”多功能催化材料的开发在化学合成、工业/生物催化以及生物医药等领域具有广泛的应用前景。