Исследователи разработали материал, в котором работой фермента можно управлять с помощью инфракрасного света. Карбоангидразу и золотые наночастицы поместили в пористую матрицу из оксида алюминия. Под действием лазера активность фермента выросла в девять раз по сравнению со свободным образцом.
Работа опубликована в журнале Chemical Engineering Journal. Библиографические данные доступны по DOI 10.1016/j.cej.2026.180987.
Как свет управляет ферментом
Ферменты ускоряют химические реакции, но многие из них теряют структуру при сильном нагреве. Это ограничивает возможность дистанционно регулировать их активность обычным повышением температуры.
Авторы использовали карбоангидразу — фермент, участвующий в превращениях углекислого газа в водной среде. Его вместе с полыми золотыми наночастицами заключили в пористую матрицу из оксида алюминия. Поры пропускают вещества к ферменту, а твердая структура удерживает белок и помогает ему сохранять форму.
Золотые наночастицы поглощают инфракрасное излучение и превращают его энергию в тепло. Поэтому лазер нагревает материал локально, а реакция ускоряется без прямого нагревания всей системы.
Что показали испытания
В опытах свободная карбоангидраза начинала необратимо терять свойства при 67°C. Для фермента в матрице без золота этот показатель составил 103°C, а в матрице с золотыми наночастицами — 96°C. Таким образом, пористая оболочка заметно расширила рабочий температурный диапазон белка.
При содержании золота 0,5% от массы материала облучение инфракрасным лазером увеличило активность фермента в девять раз по сравнению со свободным образцом. Материал также выдержал 11 циклов нагрева и охлаждения без заметной потери активности.
Эти результаты показывают, что сочетание керамической матрицы и фототермических наночастиц позволяет одновременно защищать фермент и управлять скоростью реакции светом.
Для чего это может пригодиться
Управляемые светом биокатализаторы могут быть полезны в процессах, где реакцию нужно включать дистанционно и многократно. Авторы рассматривают развитие технологии для промышленной биотехнологии и систем улавливания углекислого газа.
В официальном сообщении также упоминаются возможные медицинские применения и фототерапия. Однако исследование демонстрирует лабораторный материал, а не готовое лечение. Для работы в организме еще потребуются исследования доставки, накопления частиц, биосовместимости и безопасного контроля температуры.
Подробности эксперимента опубликованы в официальном сообщении Российского научного фонда. Основным библиографическим источником остается статья в Chemical Engineering Journal.