生物催化技术为废塑料的回收处理提供了一条可持续路径。通过将工程化微生物或酶嵌入塑料基质，可开发出能从内部触发自降解的新型材料，这为从源头控制塑料使用后的环境污染问题提供了新思路。然而，塑料加工过程中常涉及高温、极端pH和有机溶剂等严苛条件，这些因素会严重削弱酶的催化活性与稳定性，成为该技术走向实际应用的关键限制。
近日，南京工业大学姜岷/董维亮教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Microfluidically-engineered enzyme nanoreactors enable biodegradable nanofibrous mats with enhanced antibacterial functionality”。研究者通过微流控和静电纺丝工艺，成功构建了可自降解的载酶纤维支架。与未添加两亲性分子的载酶纤维支架相比，所得PCL-RLs-BCL纳米纤维支架（PRLB）在72小时内即可实现近乎完全降解。
此外，进一步开发了基于PRLB纳米纤维支架的药物递送系统。负载姜黄素的PRLB/Cur纤维支架能够在接触部位实现姜黄素的控释及局部抗菌作用，从而有效降低脱靶效应。该系统同时展现出低细胞毒性和高血液相容性，表明其具有良好的生物安全性。综上所述，RLs不仅提供了一种经济高效且具有双重功能的酶保护策略，更为功能材料制备及医疗废物管理提供了重要的技术支撑与理论依据。
图1：酶纳米反应器的制造和形态。
纳米反应器采用螺旋微通道装置，通过将鼠李糖脂（RLs）与洋葱伯克霍尔德氏菌脂肪酶（BCL）溶液混合制备而成。在RLs的包覆作用下，BCL由原本的大面积聚集状态转变为均匀的单分散状态，成功构建为具有稳定结构的纳米反应器。通过单因素实验优化，确定纳米反应器的最佳制备条件为：总体流速800 mL/min、流比1:1、RLs浓度0.5 mg/mL。
图2：RLs在有机溶剂环境中对BCL的保护机制
在RLs的包覆下，BCL在多种有机溶剂中的酶活性得到显著增强。分子动力学模拟进一步揭示，RLs通过氢键相互作用有效降低了BCL的溶剂可及表面积，从而在极性溶剂中维持了其天然构象的完整性，最终保障了酶活性的稳定。这一机制进一步印证了RLs封装对酶结构的保护作用。
图3：PRLB自降解材料的制备及降解性能
RLs-BCL的纳米级结构有助于酶在纤维支架中的均匀分布，从而增强其催化效率。PRLB在12小时后即出现显著的质量下降，表明其具有明显的自降解特性。随着降解过程的进行，红外特征峰的变化证实PCL发生了酯键水解反应，同时体系pH值降低，进一步反映了水解产物的积累。经质谱分析鉴定，PRLB的主要降解产物包括PCL单体（6-羟基己酸，6-HA，m/z = 131）、二聚体（6-（（6-羟基己酰基）氧基）己酸，m/z = 245）和三聚体（6-（（6-羟基己酰基）氧）己酸，m/z=359），这与PCL在酶作用下的逐步水解机制相符。
图4：药物递送系统的制备及抑菌活性
RLs-BCL纳米反应器的引入实现了对姜黄素（Cur）释放行为的有效调控。基于PRLB的自降解特性，该体系对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）表现出增强的抑菌效果。此外，该材料表现出较低的细胞毒性与溶血活性，显示出良好的生物安全性，为其在生物医学领域的潜在应用提供了重要支持。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472510449X
人物简介：
董维亮，南京工业大学教授、博士生导师，废塑料生物催化解聚与循环利用重点实验室执行主任，研究方向环境微生物与酶分子工程，入选国家高层次人才特殊支持计划（青拔）、江苏省优秀青年基金、“333高层次人才”、六大人才高峰等人才项目，国家重点研发计划“循环经济关键技术与装备”重点专项项目负责人，在Angew Chem Int Ed、Nat Commun、Adv Sci等发表学术论文60余篇，授权中国发明专利20余件。
