川大《Adv Mater》：金属有机骨架(MOF)工程化酶模拟催化剂！

天然酶是具有高催化活性和底物特异性的最有效的生物催化剂之一，在工业，医学和生物领域起着至关重要的作用。与天然酶相比，基于纳米材料的酶模拟催化剂（Enz-Cats）因其在各种生理环境中的优化和增强的催化性能和选择性而备受关注。最近，由于金属有机骨架具有分子/原子级催化中心、高孔隙率、大表面积、高负载能力和均一结构等特性，金属有机骨架（MOF）成为工程化Enz-Cats中最有希望的材料之一。

 

为此，来自四川大学的LangMa等人在《Advanced Materials》发表题为“金属有机骨架工程化酶模拟催化剂”的进展报告文章（Progress Report）。在此，重点介绍和评述由MOF设计的Enz-Cats的最新设计，包括其制备方法，复合材料的构造，结构表征和生物医学应用。特别是，讨论了这些由MOF设计的Enz-Cat在加速催化反应中的性能、选择性、基本机理和潜在的结构-性质关系。还简要提出了这些由MOF设计的Enz-Cats的潜在生物医学应用。这些应用包括，例如，肿瘤疗法，细菌消毒，组织再生和生物传感器。最后，对新兴研究领域的未来机遇和挑战进行了全面讨论。因此，为设计未来生物医学领域最先进的Enz-Cats提供了潜在的途径和前景。

 

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202003065

方案1，说明了由MOF设计的Enz-Cats的设计和生物医学应用，包括催化剂样的MOF，MOF /天然酶杂化物，MOF/无机复合物和MOF衍生的纳米碳。

图1.A：a）Cu / GMP纳米酶的合成过程。  b）Cu/ GMP或漆酶催化氧化2、4-DP，4-AP和UV-vis光谱。   c）比较不同pH值下Cu / GMP纳米酶和漆酶的稳定性。  d）长期储存测试。  B：a）基于苯并卟啉的MOF（TBP-MOF）的示意图。  b）聚乙二醇改性的纳米级TBP-MOF（TBP-nMOF）的SEM和c）TEM图像。d）通过各种光敏剂产生1O2。  e）在不同的O2浓度下产生1O2。f）在21％O2和g）5％O2浓度下，TBP-nMOF的4T1细胞毒性。

图2. A：a，b）通过仿生矿化（a）和共沉淀法（b）制备的脲酶包裹的ZIF-8的示意图。c，d）脲酶ZIF-8（c）和脲酶ZIF-8（PVP 40k）（d）的典型SEM图像。  e）加热30分钟后的初始活动。   B：a）将角质酶固定在NU-1000晶体的中孔通道中。原子：Zr（绿色），C（灰色），O（红色）和H（白色）。b）AlexaFluor-647标记的酶（Cut647）扩散到NU-1000晶体中的SEM图像（插图：在600分钟内浸入100×10-6 m Cut647溶液中的CLSM图像，比例= 1.5μm）。  c）角质酶@ NU-1000（黑色），NU-1000（红色）和用于浸泡角质酶@ NU-1000（蓝色）的上清液的PNPB水解反应动力学。    C：a）2D MOF / GOx纳米片的组成，b）伤口愈合应用。  c）抗菌机理和d）2D MOF / GOx的TEM图像。

   e）样品的Zeta电位。f）与TMB发生的各种反应的紫外可见光谱和照片，以及g）PBS缓冲液（pH 7.4）中的甲基红。  1）PBS，2）葡萄糖，3）葡萄糖+ 2D MOF，4）2D MOF / GOx，5）葡萄糖+ GOx和6）葡萄糖+ 2D MOF/ GOx。

图3. A：a）葡萄糖响应性ZIF-8的制备和pH诱导降解的示意图。b）装载胰岛素/ GOx的ZIF-8的CLSM图像。  c）在各种葡萄糖浓度下，FITC-胰岛素/ GOx加载的ZIF-8的时间依赖性荧光强度。  d）在以下情况下经过1小时后对MOF的选择性研究：1）葡萄糖，2）半乳糖，3）β-乳糖，4）蔗糖和5）PBS。  e）葡萄糖溶液中MOF随时间变化的胰岛素释放。  B：a）基于ZIF-8的INAzyme的示意图合成。   b）INA酶催化的葡萄糖级联氧化的ABTS颜色变化的示意图。  c）紫外可见吸收光谱和d）不同反应体系的催化活性。  C：a）“中性粒细胞（GCZM）”的示意图。  b）SDS-PAGE蛋白分析GOx嵌入式ZIF-8（GZ），CPO嵌入式ZIF-8（CZ）和GOx / CPO嵌入式ZIF-8（GCZ）。  c）通过CLSM对细胞内HClO进行检测和定量分析。  d）BClO荧光变化。  e）体外抗菌活性分析** p <0.01，*** p <0.001。  C）经许可转载。

图4. A：a）用于检测活组织中葡萄糖和乳酸的AuNPs @ MIL-101 @氧化酶的示意图。  b）AuNPs @ MIL-101 @LOx的TEM图像。  c）样品的SERS光谱。  d）体外检测葡萄糖（或乳酸）的示意图。  e）紫外可见吸收光谱。f）孔雀绿（MG）在1615 cm-1处的拉曼强度。插图：200×10−6 m处的线性响应。   B：a）通过2D Au NPs / Cu-TCPP（Fe）杂化纳米片的酶样级联反应的示意图。  b）TEM和c）二维Au NPs / Cu-TCPP（Fe）和相关SAED模式的TEM图像放大。  d）不同溶液的紫外可见光谱。  e）TMB溶液随时间变化的吸收光谱。

总之，作为一个新兴的研究领域，该进展报告中提到的由MOF设计的Enz-Cats的生物医学应用的典型示例可能因篇幅有限而受到限制。可以假定，在设计用于各种生物医学应用的高催化活性和选择性MOF工程化的Enz-Cats以及实现完成MOF工程化的Enz-Cats的实际应用的预期目标方面，进行重大的改进并不是遥不可及。这份进展报告将为未来设计在关键和高级生物医学应用中最先进的Enz-Cats提供有效的参考。（文：SSC）