近日，在中国科学院、科技部和国家自然科学基金委的支持下，胶体、界面与化学热力学院重点实验室的研究人员与德国马普胶体界面研究所合作在生物分子马达的分子组装方面取得新进展，研究工作发表在近期出版的德国《应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. (2007, 46, 6996-7000)） 上。借助活性生物分子或结构单元的特殊功能，利用分子组装的方法设计与制造出与其组成或结构相似的仿生体系，将其直接应用于生物体中作为药物载体、疾病诊断与治疗或构建新的生物纳米器件，是当前纳米生物技术研究领域的国际前沿与热点。

 

该研究组在前期工作中利用“自组装”和“层层组装” 技术在仿生膜的分子组装方面曾取得阶段成果(Angew. Chem. Int. Ed. 40 (2001) 891；Chem. Eur. J., 9 (2003) 2589；；Soft Matter 1 (2005) 259; Biomacromolecules 7 (2006) 580)；Biochem. Biophys. Res. Comm. 354 (2007)357。他们利用分子组装的方法和分子仿生的概念，在流体表面或生物基质中，进行仿生物膜结构的有序组装，通过对组装膜的结构与功能进行调控，使组装体系在某种程度上具有生物膜的功能。这些组装的仿生体系在作药物和基因的输送与可控释放方面有潜在的应用前景(Chem. Eur. J., 10 (2004) 5848；Biomaterials 28 (2007) 3083；Angew. Chem. Int. Ed. 46 (2007) 2431)。

 

在上述工作的基础上，研究人员首先利用层层组装技术制备了尺寸和渗透性可控的中空聚电解质微胶囊，然后利用分子组装技术将从植物中提取的生物分子马达(ATP酶)组装到磷脂修饰的微胶囊上。研究表明组装后的体系使ATP酶保留其生物活性，通过改变体系的pH值控制跨膜质子流的梯度与强度，进而控制体系中ATP的合成。同时组装的中孔聚电解质微胶囊可用作合成ATP的生物存储器。当体系需要能量时，ATP能够从微胶囊中释放出来，并且释放ATP的量可通过改变组装微胶囊的性质调控。该研究工作所建立的新的活性分子仿生体系，有助于进一步帮助研究ATP酶在生物体系中的功能以及构造新的纳米生物器件。