光控制酶在医学和工业领域显示出潜力

在圣保罗大学化学研究所（Unerivsity of São Paulo’s Chemistry Institute）做的一项研究表明，近红外和中红外光可以作为催化剂用于控制酶。这项工作对帕金森氏综合症和阿尔茨海默氏症等疾病的非侵入性治疗有指导意义。圣保罗的研究人员调查了固定在金纳米粒子上的酶的活动。金纳米粒子受红外激光辐射控制。这个过程被称为等离激元生物催化。通过把酶固定在纳米粒子表面，可用激光照射的方式远程控制酶。纳米粒子吸收能量，以热或电子效应的形式释放能量，从而触发或强化酶的催化活性。

圣保罗大学博士后研究员Heloise Ribeiro de Barros说，研究小组使用脂酶（CALB）作为模型酶，这种酶固定在球形和星形的金纳米粒子上。她说，通过用红外激光照射酶，能够以非侵入性的方式加速了酶的活性。研究表明，不仅仅是材料的组成，还有其几何形状也影响着纳米粒子对酶的作用。Ribeiro de Barros说："当脂酶固定在星形金纳米颗粒上时，酶活性显著增强，增幅高达58%。相比之下，在球形金纳米颗粒上的增幅要小得多，为 13%。”Ribeiro de Barros还说，“这种较大的增加幅度，可以用星形金纳米颗粒与激光辐射之间的共振作用来解释，也就是局部表面等离子体激元共振 （LSPR）的作用。球形金纳米颗粒的LSPR吸收波长在525nm，星形金纳米颗粒吸收波长在700nm，更接近红外激光的波长（808nm）。”

Ribeiro de Barros说："入射光在金纳米粒子中激发能量的驱动过程，如温度或电子效应的上升，这会影响在纳米表面固定的酶的特性。我们可以得出结论，即LSPR激发促进的星形金纳米粒子表面局部光制加热可使脂酶生物的催化效应增强。这一结论可以扩展到酶和等离子体激元纳米粒子的其它组合。"

这项技术具有广泛的潜在应用，包括生物催化，来加速工业规模的化学反应和生命体内控制致病酶。Ribeiro de Barros说："从医学角度来看，这项研究的主要目的是在不远的将来提供治疗疾病的解决方案，而不需要采用特定的空间和时间方法进行侵入性手术，以避免当前治疗方法的副作用。"

这项研究发表在《ACS Catalysis》上(www.doi.org/10.1021/acscatal.0c04919)。