全细胞催化是绿色生物制造的几项核心技术之一，可分为活细胞催化、静止细胞催化和灭活细胞催化。其中，灭活细胞催化具有成本低、产物纯化简单等优点。然而，灭活细胞中酶的不稳定性及泄漏限制了灭活细胞催化的实际应用。在灭活细胞表面构建装甲是一种可行有效的增强酶稳定性、抑制酶泄漏的策略。二氧化硅装甲(SA)具有成本低、结构可控、符合食品安全要求等特点，在细胞固定化生产高附加值化学品方面具有巨大潜力。然而，较厚的SA具有较高的强度和较低的渗透性，而较薄的SA则相反。因此，对具有渗透性和坚固性的细胞催化剂的SA的需求很高。

天津大学科研团队利用聚乙烯亚胺(PEI)诱导正硅酸乙酯(TEOS)和3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)水解缩合，在细胞表面构建了一种聚合物-二氧化硅杂化装甲(PSHA)。由于PEI具有支链结构，它有助于在无序的SA中产生纳米孔，从而增强渗透性。同时，PEI与SA之间的氢键(N···H或O···H)和静电相互作用(NH 3 +与O -)等多种相互作用可以增强装甲的机械强度。

研究团队对PSHA、细胞、cell@SA和cell@PSHA的渗透性和机械强度进行了测试。cell @PSHA的比表面积分别是细胞的5.93倍和cell@SA的1.92倍;cell@PSHA的总孔容分别是细胞的3.82倍和cell@SA的1.45倍，MD在PSHA中的扩散速率高于SA，PSHA的渗透性优于SA。此外，cell@PSHA的杨氏模量高达2.69±1.28 GPa，而细胞和cell@SA的杨氏模量分别为0.42±0.08 GPa和0.86±0.26 GPa。相比之下，PSHA具有更高的机械强度。

该团队测试了PEI在PSHA中的作用，随着PEI浓度的提高，MD通过PSHA的扩散速率进一步增强;随着PEI浓度的提高，cell@PSHA的半衰期明显延长，用0.75 g L -1 PEI制备的cell@PSHA的半衰期为94.95 h，而用0.05 g L -1 PEI制备的cell@PSHA的半衰期仅为34.49 h;PSHA的渗透性和机械强度得到进一步增强，证明了PEI在PSHA中的重要性。

研究团队对cell@PSHA在塔格糖生产中的应用进行了测试， cell@PSHA的活性高于cell@SA，这可能归因于PSHA优异的渗透性和良好的生物相容性。与cell和cell@SA相比，cell@PSHA的热稳定性得到了显著提高，半衰期分别延长了216.18%和175.38%。

此外还对cell@PSHA的工业应用潜力进行了评估， cell@PSHA可催化15个连续反应，反应时间长达969 h，而cell@SA可催化7个连续反应，表明cell@PSHA的重复使用效果优于cell@SA;在15批反应中，cell@PSHA的塔格糖产量均高于60 g L -1，平均产量可达77.76 g L -1。

团队成员包括来自中国天津大学的程怡然、吴振华、张博宇、张家旭、石家福、蒋忠义。

该研究得到国家重点研发计划(批准号：2021YFC2102300)、国家自然科学基金(批准号：22122809)、天津市合成生物技术创新能力提升项目(批准号：TSBICIP-KJGG-003)、生物化工工程国家重点实验室开放课题(批准号：2020KF-06)、海河化学可持续转化实验室、高校学科人才引进计划(批准号：BP0618007)等资助。