“时-空耦合”活细胞合成量子点

摘要

细胞是生命活动的基本单位。随着材料学、化学和生物学等多学科交叉日益加深,借助活细胞内代谢途径合成无机纳米材料的研究受到广泛关注,同时也拓展了合成生物学的研究领域。然而,活细胞合成无机纳米材料主要以胞内生物大分子为模板,且依赖单一生化反应途径,产物的尺寸、形貌和性质均难以人为调控。自2009年,本课题组通过人为设计、巧妙耦合活细胞内的硒代谢途径和重金属离子解毒途径,发展出“时-空耦合”活细胞合成策略,在真菌、细菌和哺乳动物细胞内原位合成了不同组成、尺寸和性能的无机半导体荧光纳晶(量子点)。在从物质和能量代谢的角度研究活细胞合成机理的基础上,将活细胞合成体系简化,设计构建了无细胞的准生物体系,成功合成了多种纳米材料,同时也验证了“时-空耦合”策略的正确性。本文将总结评述“时-空耦合”活细胞合成量子点的策略、机理及其在生物标记、生物成像和病原微生物与重金属离子检测等方面的应用,并简要介绍准生物体系。同时,将阐明目前活细胞合成策略面临的挑战。随着合成生物学的发展,通过“时-空耦合”活细胞合成策略可以将无机功能材料“自然地”融入生物体系,赋予生物体系超常的能力,拓展合成生物学。