微滴（气溶胶）是大气中最丰富的颗粒类型之一，是水相物质向大气转移的重要介质和信息载体，其中含有丰富的细菌、病毒、脂质、酶等。长期以来，微滴（气溶胶）中的生物酶活性及其催化机制是被忽视的重要问题。近年来微滴化学研究发现，微滴（气溶胶）中的部分酶活性相较于普通本体溶液高1-2个数量级，但微滴增强酶活性的机制尚不明确。为此，我室丁家旺/秦伟团队通过振动斯塔克光谱，确认了微滴（气溶胶）中界面处的过氧化物酶内部电场被显著增强，并基于密度泛函理论和分子动力学模拟揭示了微滴（气溶胶）增强过氧化物酶催化活性以及选择性的机制。
利用辣根过氧化物酶（HRP）的典型分子抑制剂-苯并羟肟酸（BHA），并基于振动斯塔克效应，探测了本体溶液和微滴（气溶胶）界面处HRP的内部电场。研究进一步测量了微滴（气溶胶）中HRP的催化动力学和催化选择性，首次发现了微滴（气溶胶）可以增强酶催化反应的选择性（反应路径选择性和底物选择性）。通过密度泛函理论和分子动力学模拟，证实了微滴（气溶胶）界面超强电场（107V cm-1）是增强HRP内部电场，并影响催化活性和催化选择性的关键机制。本研究不仅明确了微滴（气溶胶）增强酶活性的机制，还进一步探索了微滴反应器在高灵敏生物分析和高效生物合成的应用。
研究中提出的利用微滴界面高电场调控酶催化的策略，对于模拟酶、单原子催化剂和其他人工催化剂的催化应用具有借鉴意义。研究揭示的微滴调控的酶促反应机制在环境分析应用、化学合成、污染物降解、微滴（气溶胶）环境地球化学过程研究等领域有重要意义。研究成果发表于国际权威化学期刊《Journal of the American Chemical Society》，并被选为Supplementary Cover。
微滴介导增强过氧化物酶催化活性及选择性
基于振动斯塔克光谱探测过氧化物酶内部电场
相关研究得到了国家自然科学基金（U2006208、22174160）、山东省泰山学者计划（tspd20181215、tsqn201909163）、中国科学院海洋大科学研究中心重点发展项目（COMS2020J06）、中国科学院烟台海岸带研究所研究组群（YIC-E351030501）等项目的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c06171
