紐約大學/芝加哥大學Nature:無機中空微膠囊實現活細胞的基本功能

CYM 2年前 (2021-09-09) 3422瀏覽

【引言】

活細胞的一個關鍵方面是它們能夠從環境中獲取能量，并利用它將特定的原子和分子物質泵入和泵出其系統，但這通常是基于不利的濃度梯度。主動運輸允許細胞儲存代謝能量，提取廢物并以亞微米級尺度提供基本構建的細胞器。實現這些功能的合成類似物需要設計和創建精確調諧的微米級細胞模擬物，例如脂質囊泡，聚合物囊泡和膠體，理想情況下數量足以組裝成宏觀材料。與活細胞不同，非生物系統（人工細胞）沒有精細的生化機制，可以專門激活以精確控制生物物質。?在分子尺度上，主動轉運可以通過人工蛋白質孔進行，而模擬類似的膠體孔進行膠體運輸是具有挑戰性的。

今日，美國紐約大學Stefano Sacanna和芝加哥大學William T. M. Irvine（共同通訊作者）設計，構建和測試了無機細胞模擬物，包括具有完全可調尺寸的單通道膠囊，可控微米和亞微米尺度跨膜的非平衡質量傳輸，可以通過簡單的全局變量（照明和pH）脫離平衡，以捕獲，濃縮，存儲和傳遞通用的微觀有效載荷。具體來講，包括三個關鍵組成部分：半透膜，自發“膨脹”的結果；用于物質交換的明確微孔；一個由光激活的內部泳動泵。本文的設計沒有借用生物學材料，而是使用空心膠體作為球形細胞膜模擬物，具有明確定義的單個微孔。其中，精確可調的單分散膠囊是自膨脹機制的結果，可以批量生產。在中空結構內部，光開關催化劑能夠產生化學梯度，通過膜的微孔傳播到外部，并將目標物體泵入細胞。由微孔的幾何形狀產生的熵能壘，即使在切換催化劑時也能保留。本文的發現為開發下一代智能材料，自主微機械和人工細胞模擬物提供了藍圖。相關研究成果以“Transmembrane transport in inorganic colloidal cell-mimics”為題發表在Nature上。