澳大在細菌輔助化學合成研究取得新突破

澳門大學健康科學學院教授張宣軍的研究團隊利用木醋桿菌的發酵作用，使醣基化分子在細菌體內通過原位醣苷化反應摻雜到手性細菌纖維素中，開發了以生物方法製備圓偏振發光材料的新策略，在細菌輔助化學合成方面獲得突破性進展。該研究以“微生物輔助的圓偏振發光細菌纖維素雜化材料製備”為題，刊登於國際知名期刊《自然-通訊》。

手性普遍存在於自然界之中，大到宇宙星雲、大氣氣旋，小到蝸牛貝殼、牽牛花藤蔓，甚至是構成生命體的核心分子，都可以發現手性的蹤跡。圓偏振光作為一種光手性現象，可被應用於信息加密、信息儲存、3D顯示、生物醫學影像等領域。然而，不同於熒光信號，圓偏振光信號與分子左右旋光信號的差值成正比，因此大部分發光分子圓偏振光信號非常弱，如何提升發光不對稱因子是開發圓偏振光材料的關鍵。

目前，該類材料主要由有機化學合成和分子組裝兩個途徑製備。化學合成途徑涉及到複雜冗長的合成步驟以及手性拆分；而分子組裝途徑則是通過分子間弱相互作用使發光分子置於手性環境中，但弱相互作用導致了產品穩定性差。生物合成途徑，在各種生物酶的催化下，具備自發、綠色且高效的特性。由於生物體內含有大量如L-氨基酸，D-葡萄糖等類別的手性分子，使得生物合成在製備圓偏振發光材料方面具備得天獨厚的優勢。然而，由於缺乏生物活性發光前體和合適的生物反應器，圓偏振發光材料的可控生物合成仍面臨諸多挑戰。此外，生物活性發光前體共價鍵嵌入的確認方法也有待進一步發展。

《齊民要術》中記載，人們在食醋釀製過程中的發酵液表面發現有凝膠狀菌膜（即細菌纖維素）形成。研究團隊於此受到啟發，設計了一系列具備不同發光顏色的醣基化分子。利用木醋桿菌的發酵作用，使醣基化分子在細菌體內通過原位醣苷化反應摻雜到手性細菌纖維素中。該策略可實現醣基化分子的圓偏振發光從無到有、從小到大的突破，最大可讓其發光不對稱因子實現39倍的提升。此外，研究團隊開發了纖維素酶催化水解細菌纖維素的方法，確認該生物合成的發生，為驗證醣基化熒光分子生物聚合提供了可靠的表徵手段。更重要的是，該策略普適性強，已成功拓展到一系列圓偏振發光材料的開發，並成功用於信息儲存及熒光—圓偏振熒光雙模式檢測金屬離子。

該研究的通訊作者為張宣軍、澳大健康科學學院副教授黃冠豪和南方科技大學生物醫學工程系教授吳長鋒，第一作者為澳大健康科學學院博士生孫永杰。該項目獲澳門特別行政區科學技術發展基金（檔案編號：0085/2020/A2、0047/2023/RIB2、0099/2022/A2、0142/2024/AFJ）、澳門大學（檔案編號：MYRG-GRG2024-00162-FHS、MYRG2022-00036-FHS）和廣東省基礎與應用基礎研究基金（檔案編號：2022A1515010616、2023A1515012524）資助。全文可瀏覽：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56253-7。

細菌輔助合成圓偏振光活性纖維素膜及其在訊息加密和手性檢測的應用

張宣軍（圖中）和孫永杰（第一排右二）