Small:金属-有机框架:解锁生物催化的新潜力

生物催化,即由生物大分子(酶)或有机体(细胞器,细胞,组织等)作为催化剂而进行的生物化学转化的过程,在现代催化工业中扮演着重要的角色。虽然此类催化剂有着优异的催化效率,专一的催化活性,但其天然的高精密结构的稳定性较差,导致其活性易受温度,pH,及其他非适宜条件的影响。因此,研究人员们提出了两种解决的策略:酶固定与仿生酶。前者不仅可以提高酶的稳定性,且方便酶的回收和循环使用;后者则继承了生物酶的催化优势,摒弃了其不稳定的三维结构的缺点。不同的材料(二氧化硅,石墨烯氧化物,聚合物,水凝胶,金属-有机框架(MOF)等)已经被运用于上述两种策略中来解决生物催化的问题,其中,MOF凭借其多孔性,化学/物理稳定性,分子尺度可调性以及构成组分的多样性等在生物催化剂固定和仿生酶领域都有无限的前景。

Small 近日在线发表了新南威尔士大学卓越高级研究员Kang Liang博士课题组有关于MOF在生物催化领域的应用的综述文章(论文信息附后),第一作者为课题组博士研究生刘健。文章一方面详细的介绍了MOF作为酶固定平台为天然酶,有机体酶,纳米酶和多酶系统提高稳定性和可循环使用性(图1),阐述了MOF与不同种酶之间的相互作用对于其固定效率及酶的稳定性和效率的影响。另一方面文章也总结了MOF本身作为数种仿生酶的研究进展。此外,文章描述了由MOF本身特性或其功能化的修饰产生的智能的催化剂系统在其他领域的应用,拓宽了MOF-生物催化剂的应用场景。

图1:MOF解锁生物催化的新潜力

文章的最后指出了MOF-生物催化剂在现阶段存在的一些瓶颈和待解决的问题,如更简便温和的合成工艺来促进其工业化的进程,介孔结构的新MOF促进催化过程中物质运输,更多样的仿生酶来拓展其应用等。

论文信息:

Metal–Organic Frameworks as a Versatile Materials Platform for Unlocking New Potentials in Biocatalysis.

Jian Liu, Jieying Liang, Jueyi Xue, Kang Liang*

Small

DOI : 10.1002/smll.202100300