歐陽(yáng)鋼鋒教授團(tuán)隊(duì)在MOFs生物雜交材料的可控設(shè)計(jì)取得重要進(jìn)展
酶是一類具有高效率和特異催化活性的生物大分子，有效控制細(xì)胞內(nèi)各種復(fù)雜反應(yīng)。當(dāng)在細(xì)胞外使用酶時(shí)，往往需要設(shè)計(jì)一個(gè)合適的“保護(hù)殼”以提高酶的穩(wěn)定性。金屬有機(jī)框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一種是由有機(jī)配體和金屬離子或團(tuán)簇通過配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的有機(jī)-無機(jī)雜化材料，是一種理想、前沿的酶固定化材料。然而，當(dāng)酶嵌入MOFs空腔內(nèi)后，MOFs外殼往往會(huì)抑制底物的傳質(zhì)速率和減少酶的活性位點(diǎn)利用率。因此，酶@MOFs復(fù)合材料的生物活性仍有待提高。
鑒于此，中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院歐陽(yáng)鋼鋒教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)一種簡(jiǎn)單的合成策略，制備具有高活性的酶@MOFs生物雜交材料。該方法的關(guān)鍵在于添加了能夠作為“形貌調(diào)制器”的聚多肽-聚谷氨酸（γ-poly-L-glutamic acid, PLGA)。PLGA是一種陰離子生物聚多肽，不僅可通過靜電組裝方式調(diào)控酶的表面電荷進(jìn)而加速酶@ZIF-8雜交材料的形成，而且PLGA直鏈上豐富的羧基基團(tuán)可與金屬離子競(jìng)爭(zhēng)配位，原位裁剪出具有不同形貌和孔徑尺寸的酶@ZIF-8納米結(jié)構(gòu)（圖1A）。研究表明不同的納米結(jié)構(gòu)對(duì)于雜交材料的活性有重要影響，其中設(shè)計(jì)的介孔2D酶@ZIF-8納米片結(jié)構(gòu)由于具有更短的底物擴(kuò)散路徑和更大的孔道尺寸，極大提高酶活性位點(diǎn)的利用率，因此得到的MOFs雜交材料具有優(yōu)異的生物活性。基于提出的合成策略，研究人員還建立一個(gè) MOFs“人造細(xì)胞”，通過酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)模擬細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（圖1B）。該人造細(xì)胞對(duì)葡萄糖具有雙重光學(xué)（熒光和比色信號(hào)）響應(yīng)，兩種光學(xué)信號(hào)都與葡萄糖濃度成正比，并且在兩個(gè)互補(bǔ)的濃度范圍內(nèi)靈敏。該研究成果發(fā)表在化學(xué)綜合期刊Angewandte Chemie International Edition，并遴選為VIP文章；同時(shí)，被Chemistry View、Phys. org、ScienMag、Nanowerk和Chem Europe等國(guó)外科技媒體以題為“Architecture is key: Biomolecule metal–organic hybrids with high bioactivity”作為亮點(diǎn)報(bào)道。全文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202005529
圖1.（A）聚多肽導(dǎo)向的酶@ZIF-8雜交材料合成示意圖；（B）葡萄糖雙重響應(yīng)的MOFs“人造細(xì)胞”
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