image: 通过时空耦合细胞内高价硒还原代谢途径和重金属镉离子的解毒途径，实现活细胞合成CdSe量子点。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，南开大学刘安安博士（第一作者）、庞代文教授（通讯作者）等在《国家科学评论》（National Science Review，NSR）发表Review论文，基于其课题组在人为调控活细胞合成纳米晶领域十余年的工作积累，系统总结评述了人为调控活细胞合成无机功能纳米晶的时空耦合策略、调控机理及在生物标记、生物成像和病原微生物检测等方面的应用，以及基于此拓展的无细胞准生物合成策略；阐述了目前人为调控活细胞合成策略面临的挑战，如潜在可利用代谢途径有限、原位表征技术匮乏等，并对未来发展趋势进行了展望。
细胞是生命活动的基本单元，其代谢网络由众多生化反应构成。随着材料学、化学、生物学和医学等多学科交叉日益加深，借助活细胞内代谢途径合成无机功能纳米材料的研究受到广泛关注。然而，在自然条件下，活细胞合成无机纳米材料主要以胞内生物大分子为模板，且依赖单一生化反应途径，产物的尺寸、组成、结构和性质均难以调控。人为设计、程序性调用存在于细胞内不同时空维度的生化反应，“有目的地”进行纳米晶合成意义重大，但极具挑战性。
2009年，庞代文课题组在国际上首次通过人为调控、耦合活细胞内原本不交会的高价硒还原代谢途径和重金属离子解毒途径，提出“时空耦合活细胞合成”策略，先后在真菌、细菌和哺乳动物细胞内合成了不同组成、尺寸和性能的无机半导体荧光纳米晶（量子点），并从物质和能量代谢的角度对活细胞合成机理进行了深入研究。在此基础上，庞代文课题组将活细胞合成体系简化，设计构建了无细胞的准生物合成体系，成功制备了多种无机纳米材料，进一步验证了时空耦合策略的正确性和科学性。
随着多学科的不断交叉融合，可望通过“时空耦合活细胞合成”策略将更多的无机功能材料“自然地”融入生物体系，为无机纳米晶和有机分子的杂合搭建桥梁，赋予生物体系超常的能力，拓展合成生物学的领域，真正实现认识自然，师法自然，为人类所用目的。
研究详情请见原文：
Artificially regulated synthesis of nanocrystals in live cells
https://doi.org/10.1093/nsr/nwab162
Journal
National Science Review