欧阳钢锋教授团队在MOFs生物杂交材料的可控设计取得重要进展

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酶是一类具有高效率和特异催化活性的生物大分子，有效控制细胞内各种复杂反应。当在细胞外使用酶时，往往需要设计一个合适的“保护壳”以提高酶的稳定性。金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一种是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料，是一种理想、前沿的酶固定化材料。然而，当酶嵌入MOFs空腔内后，MOFs外壳往往会抑制底物的传质速率和减少酶的活性位点利用率。因此，酶@MOFs复合材料的生物活性仍有待提高。

图1.（A）聚多肽导向的酶@ZIF-8杂交材料合成示意图；（B）葡萄糖双重响应的MOFs“人造细胞”

      鉴于此，中山大学化学学院欧阳钢锋教授团队开发一种简单的合成策略，制备具有高活性的酶@MOFs生物杂交材料。该方法的关键在于添加了能够作为“形貌调制器”的聚多肽-聚谷氨酸（γ-poly-L-glutamic acid, PLGA)。PLGA是一种阴离子生物聚多肽，不仅可通过静电组装方式调控酶的表面电荷进而加速酶@ZIF-8杂交材料的形成，而且PLGA直链上丰富的羧基基团可与金属离子竞争配位，原位裁剪出具有不同形貌和孔径尺寸的酶@ZIF-8纳米结构（图1A）。研究表明不同的纳米结构对于杂交材料的活性有重要影响，其中设计的介孔2D酶@ZIF-8纳米片结构由于具有更短的底物扩散路径和更大的孔道尺寸，极大提高酶活性位点的利用率，因此得到的MOFs杂交材料具有优异的生物活性。基于提出的合成策略，研究人员还建立一个 MOFs“人造细胞”，通过酶级联反应模拟细胞内的信号转导（图1B）。该人造细胞对葡萄糖具有双重光学（荧光和比色信号）响应，两种光学信号都与葡萄糖浓度成正比，并且在两个互补的浓度范围内灵敏。该研究成果发表在化学综合期刊Angewandte Chemie International Edition，并遴选为VIP文章；同时，被Chemistry View、Phys. org、ScienMag、Nanowerk和Chem Europe等国外科技媒体以题为“Architecture is key: Biomolecule metal–organic hybrids with high bioactivity”作为亮点报道。全文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202005529


        文章来源：中山大学
        欧阳钢锋，男，1970年11月生，湖南长沙人，博士，中山大学化学学院教授、博士生导师，英国皇家化学会会士，国家杰出青年科学基金获得者，科技部中青年科技创新领军人才，广东省“珠江学者”特聘教授。现任中山大学化学与化学工程学院环境化学研究所所长，微萃取与分离技术研究中心主任，环境与能源化学广东省高校重点实验室副主任。