凝集体液滴（Coacervate microdroplets）是高浓度的生物分子通过多价相互作用（比如静电相互作用、疏水作用等）驱动的液-液相分离形成的液滴结构,是细胞内无膜细胞器（比如压力颗粒、核糖体等）的腔室结构模型。凝集体液滴对小分子具有选择性吸附效应,并提供了一种生物分子密集的腔室微环境,可以进行简单的级联代谢、基因复制等生物功能,被认为是一种原始细胞模型。凝集体液滴原始细胞模型的研究,将为生命起源研究提供理论与实验依据;凝集体液滴作为微反应器,也将挖掘其在当代科学中的潜在应用。本文针对凝集体液滴的原始细胞模型构建及其在环境方面的应用展开研究,将发展核壳型凝集体液滴的原始细胞模型、原位构建仿生细胞外基质模型,并探索凝集体液滴在去除有机染料方面的应用。具体的研究内容如下:一、核壳型凝集体液滴的原始细胞模型构建及其空间调控级联酶促反应基于两种凝集体液滴理化性质的差异,构建了核壳型凝集体液滴的原始细胞模型,实现了生物酶的可控固定及生化反应的空间可控,用于模拟真实细胞多腔室结构的代谢行为。采用四种不同的聚电解质制备了核壳型凝集体液滴的原始细胞模型,利用激光共聚焦显微镜成像、动态光散射、流式细胞术对其结构进行了表征。核壳型凝集体液滴的原始细胞模型具有制备简单、耗时短、合成效率高（95.3%）等优势。将三种生物酶（葡萄糖氧化酶（GOx）、辣根过氧化物酶（HRP）、过氧化氢酶（CAT））固定在凝集体液滴的不同腔室内,用以探索酶促反应的空间可控。由CAT介导的过氧化氢分解和HRP介导的过氧化物氧化是竞争反应,将GOx/HRP/CAT均固定在内腔室,以及将GOx/HRP和CAT分别固定在内、外腔室,实现了酶促反应的空间可控,以及竞争反应的有序调控。本工作构建的核壳型凝集体液滴的多腔室结构丰富了原始细胞模型,级联酶的空间固定在细胞工程以及化学反应调控方面具有潜在的应用价值。二、凝集体液滴原始细胞模型的级联反应用于细胞外基质的仿生构建基于凝集体液滴原始细胞模型的化学因子分泌,发展了一种原位制备水凝胶的新方法,以其作为细胞外基质模型,实现了细胞外基质的仿生构建。利用凝集体液滴共同包封CaCO3和GOx,并将其分散在海藻酸钠溶液中,加入葡萄糖后触发GOx的催化氧化反应,产生的葡萄糖酸为体系提供酸性环境,溶解CaCO3,分泌产生的Ca2+与凝集体液滴周围的海藻酸钠配位结合形成海藻酸钙水凝胶。通过光学成像实时监测CaCO3的溶解,并监测Ca2+作为化学因子触发海藻酸钙水凝胶的形成过程。仿生细胞外基质为凝集体液滴原始细胞模型提供了刚性支撑。当加入高浓度的NaCl溶液,固定在水凝胶中的凝集体液滴原始细胞模型并未因离子强度的变化而降解;加入脱氧核糖核酸酶Ⅰ（DNase Ⅰ）后,固定在水凝胶中的凝集体液滴原始细胞模型仍保持结构稳定,表明仿生细胞外基质对凝集体液滴原始细胞模型具有保护作用。本工作以水凝胶作为细胞外基质模型,基于凝集体液滴触发的级联催化反应为基础,为细胞外基质的仿生构建提供了新的思路。三、光催化活性凝集体液滴的凝胶固载及其染料的吸附与降解应用研究基于凝集体液滴能螯合客体分子,并可充当微反应器的特性,构建了具有光催化活性的凝集体液滴复合凝胶用于吸附和降解亚甲基蓝染料。将TiO2@Ag纳米颗粒封装在凝集体液滴内部,并固载在琼脂糖凝胶中,构建了具有光催化活性的凝集体液滴复合凝胶。凝集体液滴对亚甲基蓝染料具有吸附作用,实现了亚甲基蓝的高效负载。经吸附时间、亚甲基蓝的初始浓度、复合凝胶中的凝集体液滴组分比例以及琼脂糖浓度等条件优化后,复合凝胶对亚甲基蓝的吸附率达到91.5%。紫外光照复合凝胶产生自由基实现对亚甲基蓝染料的降解,降解率达到80.5%;经5次重复使用后,复合凝胶对亚甲基蓝的降解率仍接近60%。本工作发展了基于凝集体液滴构建的复合凝胶用于吸附与降解有机染料的新方法,有望应用于有机污染物的清除与环境修复等领域。四、漆酶活性凝集体液滴的凝胶固载及其染料的吸附与降解应用研究基于凝集体液滴对客体分子的富集以及漆酶分子的酶降解作用,发展了吸附和降解孔雀石绿染料的新方法。利用凝集体液滴对生物酶的高效负载,将漆酶封装在凝集体液滴内部,并固定于琼脂糖凝胶基质中,构建了漆酶活性的凝集体液滴复合凝胶。通过对吸附时间、凝集体液滴的组分比例以及琼脂糖凝胶的固载浓度等条件优化,复合凝胶对孔雀石绿的吸附率达到90.4%。优化介体浓度、反应pH、温度以及孔雀石绿的初始浓度后,复合凝胶体系对孔雀石绿染料的降解率达到92.4%。基于凝集体液滴的生物酶负载和高效吸附染料的特性,结合吸附法和生物酶降解法,实现对有机染料的去除,有望应用于环境中有机染料的去除与治理等领域。