纽约大学/芝加哥大学Nature:无机中空微胶囊实现活细胞的基本功能

CYM 3年前 (2021-09-09) 3816浏览

【引言】

活细胞的一个关键方面是它们能够从环境中获取能量，并利用它将特定的原子和分子物质泵入和泵出其系统，但这通常是基于不利的浓度梯度。主动运输允许细胞储存代谢能量，提取废物并以亚微米级尺度提供基本构建的细胞器。实现这些功能的合成类似物需要设计和创建精确调谐的微米级细胞模拟物，例如脂质囊泡，聚合物囊泡和胶体，理想情况下数量足以组装成宏观材料。与活细胞不同，非生物系统（人工细胞）没有精细的生化机制，可以专门激活以精确控制生物物质。在分子尺度上，主动转运可以通过人工蛋白质孔进行，而模拟类似的胶体孔进行胶体运输是具有挑战性的。

今日，美国纽约大学Stefano Sacanna和芝加哥大学William T. M. Irvine（共同通讯作者）设计，构建和测试了无机细胞模拟物，包括具有完全可调尺寸的单通道胶囊，可控微米和亚微米尺度跨膜的非平衡质量传输，可以通过简单的全局变量（照明和pH）脱离平衡，以捕获，浓缩，存储和传递通用的微观有效载荷。具体来讲，包括三个关键组成部分：半透膜，自发“膨胀”的结果；用于物质交换的明确微孔；一个由光激活的内部泳动泵。本文的设计没有借用生物学材料，而是使用空心胶体作为球形细胞膜模拟物，具有明确定义的单个微孔。其中，精确可调的单分散胶囊是自膨胀机制的结果，可以批量生产。在中空结构内部，光开关催化剂能够产生化学梯度，通过膜的微孔传播到外部，并将目标物体泵入细胞。由微孔的几何形状产生的熵能垒，即使在切换催化剂时也能保留。本文的发现为开发下一代智能材料，自主微机械和人工细胞模拟物提供了蓝图。相关研究成果以“Transmembrane transport in inorganic colloidal cell-mimics”为题发表在Nature上。