就像工厂中的流水线一样，如果人体内的酶都汇集到特定的地方，将原料在酶与酶之间有序传递的话，就可以更有效地生产最终产品。
最近，康奈尔大学（Cornell University）贝克动物健康研究所（Baker Institute for Animal Health）的科学家们利用纳米粒子将酶固定在特定位置上，首次合成了包含10道工序的“酶生产线”。
他们的研究灵感来源于精子。在精子尾巴中，纳米粒子通过激活酶的活性来获得生物功能。这些酶将糖转化为乳酸和能量，使精子能够以每秒5个身长的速度前行。
该研究的第一作者、博士后研究员Chinatsu Mukai说：“精子是极其高效的能量转换系统。”在贝克研究所的Alex Travis实验室中，Mukai等人一直从事新陈代谢和精子功能的研究。
他们的想法是模仿精子的尾部，试图在小型人造装置上实现相同的能量转换效率。这项研究的成果近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie）期刊上。
在细胞中，大多数将糖转化为能量（“糖酵解”作用）的酶漂浮在细胞液中，只作用于“恰好路过”的糖分子。但在精子中，进行糖酵解的酶附着于固体蛋白质所确定的特定区域，这些固体蛋白质位于细胞膜正下方，分布在精子尾巴的绝大多数地方。
Travis说：“糖分子通过细胞膜进入细胞后立即被下方的酶捕捉，然后被以‘流水线’的方式传递给下一个酶。这种方式在短时间内产生大量的能量。”
实验室的研究团队开发的生物系统采用了类似的工作机理：糖分子有序通过连接在纳米颗粒上的酶，产生大量的能量。与溶液中游离的酶相比，固定位置的酶能够更加有效地将葡萄糖转化成乳酸盐，留下更少的中间产物。这一包含10道步骤的生物系统是这一领域的巨大进步，之前已报告的系统最多只有两到三个步骤。
Travis表示，如果这种方式可以增加能量的净生产值的话，一系列应用将应运而生。在精子中，这些能量用于精子的拼命奔跑，使其能够与卵子汇合。但在纳米生物技术中，这些能量可以作为“发动机”为各种功能提供动力。“例如，我们想开发一种只有血细胞大小的设备，每个设备都携带一定剂量的化疗药物。如果配备这种发动机，那么设备就可以利用血液中的糖给自身供能，以特定的速率将药物运输到需要的位置”。
他们的研究团队已经尝试将这一技术商业化，把这种固定酶的概念用于检测血液样本的设备中，用以检测中风或创伤性脑损伤。
Mukai表示，众所周知，人工细胞的合成离不开新陈代谢。因此，这一方向上的突破或许可以帮助人类实现制造人工细胞的梦想。
