酶在工業(yè)制造領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用潛力，但其對(duì)極端環(huán)境（如高溫、強(qiáng)酸或有機(jī)溶劑）非常敏感，容易在非優(yōu)化條件下發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷。金屬有機(jī)框架（MOFs）作為酶固定化的載體，可顯著提升酶的穩(wěn)定性。其中，鋯基MOFs具有卓越的熱、機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，是酶固定化載體的優(yōu)秀候選材料。傳統(tǒng)的鋯基 MOFs合成方法通常需在苛刻的溶劑熱條件下進(jìn)行，如高溫、有機(jī)溶劑及強(qiáng)酸性環(huán)境，極易造成酶的不可逆失活。因此，將酶直接封裝在鋯基 MOFs 中極具挑戰(zhàn)性。

近日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院卓聯(lián)洋教授與劉海銘研究員合作提出了一種溫和的固態(tài)結(jié)晶轉(zhuǎn)化策略，在室溫、水相和適宜的pH條件下，實(shí)現(xiàn)了MOF-801（一種鋯基MOFs）對(duì)酶的直接包覆（圖1）。該方法通過(guò)水介導(dǎo)的動(dòng)態(tài)配體交換，將無(wú)定形固體前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為結(jié)晶框架，整個(gè)過(guò)程無(wú)需外部加熱或有機(jī)溶劑。利用該策略合成的Bio-MOF復(fù)合物不僅有效保留了酶活性并提升其穩(wěn)定性，同時(shí)證明了其MOF-801外殼在酸性催化條件下比鋅基MOFs更可靠。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）。

圖1. MOF-801直接酶封裝過(guò)程示意圖。

研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合¹³C固態(tài)核磁和密度泛函理論計(jì)算，揭示了無(wú)定形固體到結(jié)晶MOFs的固態(tài)結(jié)晶轉(zhuǎn)化涉及酸催化配位取代的機(jī)制，包含了調(diào)節(jié)劑甲酸的逐步脫離和富馬酸的配位取代兩個(gè)過(guò)程。此外還使用該方法成功合成了UiO-66系列鋯基MOF，證實(shí)了合成策略的普適性?；钚詼y(cè)試表明固態(tài)結(jié)晶轉(zhuǎn)化策略合成的樣品有效保留了酶活性，蛋白質(zhì)水解實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說(shuō)明MOFs外殼對(duì)內(nèi)部封裝的蛋白質(zhì)的保護(hù)作用（圖2）。酶催化的葡萄糖分解反應(yīng)循環(huán)對(duì)照實(shí)驗(yàn)揭示了耐酸性鋯基 MOF-801 載體相較于鋅基 ZIF-8 的穩(wěn)定性?xún)?yōu)勢(shì)，對(duì)不同蛋白質(zhì)的成功封裝體現(xiàn)了該策略包覆的普適性。

圖2.樣品的活性和穩(wěn)定性測(cè)試以及MOF包覆蛋白質(zhì)機(jī)理探究。

本項(xiàng)工作創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了一種溫和條件下的鋯基MOFs合成新策略，實(shí)現(xiàn)了生物大分子酶在鋯基MOFs中的一鍋法封裝，為Bio-MOF復(fù)合材料的未來(lái)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，在生物技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

物質(zhì)學(xué)院碩士畢業(yè)生王欣悅和博士研究生徐輝為論文共同第一作者；物質(zhì)學(xué)院卓聯(lián)洋教授、劉海銘研究員，臺(tái)灣中央大學(xué)謝發(fā)坤教授、蔡惠旭教授為共同通訊作者。上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。

論文標(biāo)題：A Solid-State Crystallization Strategy for Direct Enzyme Encapsulation in Zr-MOFs: Eliminating Harsh pH and Thermal Requirements of Liquid-Phase Synthesis

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202509275