A three-tiered colloidosomal microreactor for continuous flow catalysis

微型反应器 纳米技术 催化作用 材料科学 皮克林乳液 化学 纳米颗粒 有机化学
作者
Hua Wu,Xuanlin Du,Xiaohui Meng,Dong Qiu,Yan Qiao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:56
标识
DOI:10.1038/s41467-021-26381-x
摘要

Integrative colloidosomes with hierarchical structure and advanced function may serve as biomimetic microreactors to carry out catalytic reactions by compartmentalizing biological species within semipermeable membranes. Despite of recent progress in colloidosome design, integration of biological and inorganic components into tiered structures to tackle the remaining challenges of biocatalysis is highly demanded. Here, we report a rational design of three-tiered colloidosomes via the Pickering emulsion process. The microreactor consists of crosslinked amphiphilic silica-polymer hybrid nanoparticles as the semipermeable shell, an enzyme-incorporated catalytic sub-layer, and a partially-silicified adsorptive lumen. By leveraging confinement and enrichment effect, we demonstrate the acceleration of lipase-catalyzed ester hydrolysis within the microcompartment of organic-inorganic hybrid colloidosomes. The catalytic colloidosomes are further assembled into a closely packed column for enzymatic reactions in a continuous flow format with enhanced reaction rates. The three-tiered colloidosomes provide a reliable platform to integrate functional building blocks into a biomimetic compartmentalized microreactor with spatially controlled organization and high-performance functions.

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