遠端遙控酵素可望成為未來新興生物複合材料
2018/12/12 @國際
摘要
研究使用特定波段僅會被多孔磁性奈米粒子吸收，因此僅影響酵素鄰近局部環境的溫度變化，在不影響整個系統環境的情況下，顯示這項科技可望於未來應用在活體生物體內。
示意圖
酵素(或稱酶)是由蛋白質構成的生物催化劑，只要在不使酵素失活的環境條件下，酵素不論在生物體內或外，皆能將特定受質催化成產物，完成化學反應。酵素依不同的特性，在不同領域上各有其應用，農業上根據不同酵素的特性，開發許多生物性資材，例如市售農用酵素多作為非化學性生物資材，將其稀釋並噴灑在農田中，促進土壤中大分子有機物變成小分子有機物，便於作物吸收土壤中的有機質養分；在水產養殖業方面，許多業者利用酵素催化功能，將水中有機物分解成小分子，達到淨化水質的功能。由於酵素在反應系統中受溫度、酸鹼度等因素影響，因此若能控制反應條件，將有助於加速或減緩酵素反應速率。俄羅斯聖彼得堡國立資訊科技機械與光學大學(ITMO University)的研發團隊已研發出遠端遙控酵素催化反應技術，透過遠端控制無線射頻(又稱無線電頻率、高周波，radiofrequency, RF)，便能遙控酵素的反應。
溫度是影響酵素催化反應的重要因素之一，在一定溫度範圍溫度內，酵素能保有其最佳活性，除了直接控制反應環境的溫度影響酵素活性外，研究團隊希望能藉遠端遙控改變局部溫度的方式，在改變酵素活性之餘不影響整個反應系統的環境。研發團隊首先合成出多孔磁性奈米粒子材料，再將材料吸附在酵素表面，形成奈米粒子與酵素結合的生物複合材料。由於多孔磁性奈米粒子會吸收特定頻率的射頻能量，磁性奈米粒子會因此提高溫度，使被包覆酵素的溫度提升，間接提高酵素催化速率。研發團隊最後以小牛碳酸酐酶(bovine carbonic anhydrase, CAB)進行酵素表面處理，並比較處理前、後的差異發現，處理後的酵素較處理前高出約460%的催化速率。值得一提的是，由於研究使用特定波段僅會被多孔磁性奈米粒子吸收，因此僅影響酵素鄰近局部環境的溫度變化，在不影響整個系統環境的情況下，顯示這項科技可望於未來應用在活體生物體內。【延伸閱讀】一種充分利用軟木樹皮的新工藝
俄羅斯研發團隊的這項發明顛覆傳統酵素的用途及功能，可望在生物科技、藥學及生物化學領域加以應用，在農業方面的應用想必也是指日可待。該研發成果已於今(2018)年10月底發表在期刊<ACS Biomaterials Science & Engineering>。
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