声音居然是控制酶促反应的新工具？！

时间：2022-07-26 10:23:27 来源：网络整理

在模拟细胞和细胞器等自然系统的研究中，通过划分的多步酶反应的时空调节是必不可少的。到目前为止，科学家们已经使用脂质体、囊泡或多聚体在隔间中物理分离不同的酶，这些酶的功能是“人工细胞器”。但是现在,在韩国浦项市基础科学研究所内研究小组主任金Kimoon领导的自组装和复杂性研究中成功地演示了只使用可听见的声音来调控相同的时空化学反应,这是完全不同于以前的方法。

声音在物理、材料科学等领域得到了广泛的应用，但在化学领域却鲜有应用。特别是，可听见的声音(20 ~ 20000赫兹)由于能量低，迄今为止还没有被用于化学反应。然而，早在2020年，IBS的同一小组就首次成功地证明了化学反应的时空调控，即通过可听见的声音产生的驻波选择性溶解大气气体。

后来，他们仔细观察了可听声音引起的溶液的运动，发现由于波的节点区域，溶液被分离了，而不是混合在一起，就好像不同的层被一堵看不见的墙挡住了。他们把这个由可听声音产生的溶液瞬态域称为“伪划分”，并用它来控制溶液中以酶为基础的级联反应网络。在这种现象中，由于可听到的声音而上下振动的容器中产生的流体在波的节点周围不会相互混合，因此，溶液自然就被分隔开了。

这个新发现激发了研究小组利用这一现象来尝试对多步酶反应进行时空调控。通常情况下，这样做需要使用脂质或聚合物来制造人工隔层，但Kim的团队表明，这可以通过只使用可听到的声音来实现。为了实现这一点，他们设计了一个聪明的系统，利用空气中的氧气只溶解在振动溶液的腹脉区这一事实(图1)。

为了测试该系统，Kim的团队进行了由葡萄糖氧化酶(GOx)和辣根过氧化物酶(HRp)组成的多步酶反应。在第一步中，GOx酶催化葡萄糖的氧化并产生过氧化氢。然后，这种过氧化物被HRp酶用来为第二步提供燃料，第二步包括无色的ABTS染料氧化成青色的ABTS自由基。如果青色出现在溶液的特定区域，研究人员就会知道他们的系统是按照预期工作的。

正如预期的那样，作者能够直观地观察到青色同心环的图案，证实了他们仅使用可听的声音就成功地对GOx-HRp级联反应进行了时空控制(图2)。作者进一步表明，这种方法可以扩展到控制氧化还原驱动的原位生长或ph响应的纳米颗粒在溶液中存在的时空域内的自组装。(图3)。此外，作者还介绍了纳米颗粒图案水凝胶的制备，这种水凝胶只在特定区域包含自组装颗粒。这些凝胶可用于区域特异性细胞生长平台(图3B)。

Kim主任解释说:“这种使用可听见声音的新方法将提供一种全新的、可靠的策略，在可预测的、瞬时生成的溶液伪隔室中控制化学过程。”

文章标题

Cascade reaction networks within audible sound induced transient domains in a solution

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