生命体与合成材料的结合逐渐成为功能纳米复合材料研究的重要方向。近年来，科学家逐渐转向利用生物，特别是微生物，作为材料合成的模板、反应器和催化剂。与传统的合成方法相比，利用细菌合成纳米材料这种方法不仅避免了材料在体外合成后再转运入细胞的复杂过程，还具有环境友好、反应条件温和和生物相容性等优点。因此，如何有效利用细菌实现功能材料的合成，成为当前研究中的关键问题之一。

针对这一挑战，中国科学院深圳先进技术研究院耿晋研究员团队与其合作者，以细胞胞内聚合诱导自组装（iPISA）为策略，在活大肠杆菌中实现了金-聚合物纳米复合物的合成。该方法在一定程度上拓展了合成材料与活细胞之间的界面协同方式，并展示了其在光催化等应用方向的潜力。相关研究以“Intracellular Polymerization Induced Self-Assembly and Gold Nanocomposite Synthesis in Living Bacteria”为题，发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

细菌iPISA以及光催化示意图

细菌原位合成的金-聚合物纳米材料表征

首先，研究团队设计了一系列带不同电荷和结构不同的水溶性大分子单体，通过RAFT聚合机制在细菌体内原位聚合导致自主装形成聚合物纳米粒子。结果显示，通过调控大分子单体的结构可以精确调控聚合物纳米复合物的空间分布，例如是在细胞内部形成还是在细胞表面形成。该策略通过调节反应体系中的关键组分，实现了功能材料在细胞内或细胞膜的可控构筑，为活细胞环境下的材料合成提供了灵活的调控手段。

透射电子显微镜（TEM）结果进一步验证了金-聚合物纳米复合材料在细胞内和细胞表面的形成位置

“杂合细菌”用于光催化反应中的应用

接着，研究团队发现该体系在光催化方面展现出良好性能。研究表明，携带金-聚合物纳米复合物的大肠杆菌能够催化醛醇缩合反应，成功生成目标产物─2-乙基己烯醛。此外，该体系也可用于光催化降解染料罗丹明B，展现出一定的催化效率。这种性能得益于金纳米颗粒对可见光的吸收能力，可激发高能电子，从而显著提升复合聚合物材料的光催化活性。

（a）“杂合细菌”光催化示意图。（b-f）大肠杆菌杂交系统光催化产物2-ethylhexenal、BuOH、2-ethylhexanol, 2-ethylhex-2-enol, 和 2-ethyl-1,3-hexanediol

“杂合细菌”光催化降解罗丹明 B 染料

小结

本研究构建了一种利用大肠杆菌进行胞内原位聚合并自组装金-聚合物纳米复合材料的方法。该体系结合细菌的生物特性与聚合材料的功能特征，实现了材料在生物体系中的可控合成与催化功能拓展。研究结果为绿色合成提供了新的策略，同时也为材料在生物催化、传感和能量转化等领域的应用提供了基础支持。