近红外光控自由基聚合的独特优势，主要源于近红外光所具有的深层组织穿透能力、低散射效应与卓越的生物相容性。然而，其实际应用一直受到聚合效率低和难以获得高分子量聚合物的限制。酶级联催化和光酶催化虽有所进展，但仍存在空间分离导致的效率低或依赖短波长光源等问题，制约了其进一步发展。针对上述问题，安泽胜教授团队构筑了一种新型的超分子近红外光酶（SNIRPE）催化体系，并将其应用于近红外光催化的可控自由基聚合。仅需50 ppb的近红外光催化剂即可制备分子量高达100万g/mol以上的超高分子量聚合物。

图1. SNIRPE（i）及其催化机理（ii）

什么是SNIRPE?

SNIRPE（Supramolecular NIR Photoenzyme）是一种由葡萄糖氧化酶（GOx）和四磺酸锌酞菁（ZnPcS₄⁻）通过非共价作用自组装而成的超分子光酶系统。GOx的氨基酸残基（如Arg93、Arg333、Tyr66等）与近红外光催化剂ZnPcS₄⁻的磺酸基和中心金属Zn存在多重非共价相互作用，这使得ZnPcS₄⁻自发地自组装到GOx的空腔口。GOx对ZnPcS₄⁻的限域作用，形成了内置的级联。其中，GOx除氧产生的H₂O₂可立即被ZnPcS₄⁻光敏化为羟基自由基，然后可以引发可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合。

SNIRPE催化引发的RAFT聚合有如下特点：

高通量、规模化兼容：反应体系可从微升级放大至百毫升级，适合多种聚合实施方式（溶液、乳液、分散聚合）。

超高分子量聚合物：可制备分子量超过100万g/mol的聚合物，且结构精准、分散度低。

极低催化剂用量：仅需50 ppb的ZnPcS₄⁻即可驱动聚合，催化剂用量远低于（3-4个数量级）现有的近红外光控自由基聚合体系。

优异的生物相容性与穿透性：近红外光可穿透5毫米厚的猪皮组织，实现“隔空聚合”，具备生物医学应用潜力。

图2.SNIRPE催化引发的RAFT聚合可高通量制备超高分子量聚合物

综上所述，SNIRPE系统通过将酶催化与光催化巧妙结合，在极低催化剂用量下实现了对超高分子量聚合物的精准合成，解决了近红外光控聚合中长期存在的效率低和分子量受限的难题。未来，这一非共价设计的超分子光酶平台还有望拓展至更多酶-光敏剂组合，推动协同催化在合成化学与生物医学中的深度融合。相关论文以“Near-Infrared Photoenzymatic Catalysis at ppb Levels Enables Ultrahigh-Molecular-Weight Polymers”为题，发表在Journal of the American Chemical Society上。研究组李若雨博士为第一作者，安泽胜教授为通讯作者。相关内容已申请中国发明专利（申请号：202311286340.0）。

论文链接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c11130