Ферменты разрушаются при нагреве, но без локального тепла реакцию не запустить — это противоречие мешало дистанционному управлению биокатализаторами. Российские учёные решили его, упаковав фермент вместе с золотыми наночастицами в пористую керамику: наночастицы превращают инфракрасный свет в тепло, а керамика защищает белок от перегрева. В результате фермент сохранял активность при 80 градусах и под действием лазера работал до девяти раз быстрее.
Как сообщается в материале об исследовании, опубликованном в научном журнале, учёные из Научно-технологического университета «Сириус» и Московского физико-технического института создали материал, позволяющий управлять активностью ферментов с помощью инфракрасного света. Разработка открывает путь к «умным» биокатализаторам, которые можно дистанционно включать и выключать в нужный момент и в нужном месте.
В чём было противоречие
Ферменты — биологические катализаторы, которые ускоряют химические реакции. Они работают точно и избирательно, поэтому широко используются в промышленности и медицине. Основная проблема в том, что большинство ферментов работают в узком диапазоне температур и быстро теряют активность при нагреве. Однако дистанционное управление ферментом зачастую требует его локального нагрева. Это создаёт противоречие: без тепла реакцию не запустить, а с теплом фермент разрушается.
Как удалось обойти ограничение
Учёные упаковали фермент вместе с наночастицами золота в пористую керамическую матрицу из оксида алюминия. Золотые наночастицы — полые сферы размером около 100 нанометров. Они эффективно поглощают инфракрасный свет и превращают его в тепло. Керамическая матрица защищает фермент от губительного перегрева. В качестве модели использовали фермент карбоангидразу из бычьих эритроцитов. В свободном состоянии он теряет активность уже при 50 градусах, а в составе нового материала продолжал работать даже при 80 градусах. То есть керамика не просто удерживает фермент, а расширяет диапазон его работы.
Что показали эксперименты
Под действием инфракрасного лазера активность фермента в новом материале возрастала до девяти раз по сравнению с контрольным образцом без золотых наночастиц. Эффект чётко зависел от параметров: чем больше в материале содержалось наночастиц и чем дольше длилось облучение, тем выше была активность. Это означает, что активностью фермента можно управлять дистанционно, просто включая и выключая свет.
Насколько материал практичен
Материал оказался многоразовым: после 11 циклов нагрева и охлаждения фермент сохранял активность. Это важно для промышленных биореакторов, где катализаторы должны работать долго и не терять эффективность. А поскольку оксид алюминия уже одобрен для медицинского применения государственными регуляторами фармацевтики, в перспективе такие системы можно будет использовать и в организме — например, для активации лекарств в нужном месте с помощью света.
Что говорят авторы
Первый автор работы, аспирант МФТИ Павел Сазонов отметил, что пока исследователи работали только с модельной системой, поскольку её проще изучать, но эти же принципы могут быть использованы для систем с другими ферментами. Руководитель проекта, старший научный сотрудник Научного центра генетики и наук о жизни университета «Сириус» Андрей Дроздов пояснил, что методика основывается на новых материалах, разработанных в ходе проекта, и может считаться универсальной. «Описанная концепция вдохновлена природой: подобно тому, как в растениях под действием света идёт фотосинтез, в наших системах свет также может ускорять биопроцессы, хотя и используя совсем другие механизмы», — сказал он.
Коротко: главное
-
Что создали учёные? — Материал для управления ферментами инфракрасным светом.
-
Как решено противоречие с нагревом? — Керамика защищает фермент от перегрева.
-
При какой температуре работал фермент? — При 80 градусах.
-
Во сколько раз выросла активность? — До девяти раз.
-
Сколько циклов выдержал материал? — Одиннадцать циклов.
Резюме
-
Учёные из «Сириуса» и МФТИ создали материал, позволяющий управлять активностью ферментов инфракрасным светом.
-
Фермент вместе с золотыми наночастицами упакован в пористую керамику из оксида алюминия: наночастицы превращают свет в тепло, керамика защищает от перегрева.
-
В свободном состоянии фермент теряет активность при 50 градусах, в материале — работает при 80.
-
Под действием лазера активность возрастала до девяти раз; эффект зависел от числа наночастиц и длительности облучения.
-
Материал выдержал 11 циклов нагрева и охлаждения; оксид алюминия одобрен для медицинского применения, что открывает перспективы для активации лекарств в организме.
Материал подготовлен изданием «Техносуверен» (technosuveren.ru). Дата публикации: 27 октября 2026 года.
