生物催化，即由生物大分子（酶）或有機體（細胞器，細胞，組織等）作為催化劑而進行的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程，在現(xiàn)代催化工業(yè)中扮演著重要的角色。雖然此類催化劑有著優(yōu)異的催化效率，專一的催化活性，但其天然的高精密結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致其活性易受溫度，pH，及其他非適宜條件的影響。因此，研究人員們提出了兩種解決的策略：酶固定與仿生酶。前者不僅可以提高酶的穩(wěn)定性，且方便酶的回收和循環(huán)使用；后者則繼承了生物酶的催化優(yōu)勢，摒棄了其不穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)的缺點。不同的材料（二氧化硅，石墨烯氧化物，聚合物，水凝膠，金屬-有機框架（MOF）等）已經(jīng)被運用于上述兩種策略中來解決生物催化的問題，其中，MOF憑借其多孔性，化學(xué)/物理穩(wěn)定性，分子尺度可調(diào)性以及構(gòu)成組分的多樣性等在生物催化劑固定和仿生酶領(lǐng)域都有無限的前景。
Small 近日在線發(fā)表了新南威爾士大學(xué)卓越高級研究員Kang Liang博士課題組有關(guān)于MOF在生物催化領(lǐng)域的應(yīng)用的綜述文章（論文信息附后）。第一作者為課題組博士研究生劉健。文章一方面詳細的介紹了MOF作為酶固定平臺為天然酶，有機體酶，納米酶和多酶系統(tǒng)提高穩(wěn)定性和可循環(huán)使用性（圖1），闡述了MOF與不同種酶之間的相互作用對于其固定效率及酶的穩(wěn)定性和效率的影響。另一方面文章也總結(jié)了MOF本身作為數(shù)種仿生酶的研究進展。此外，文章描述了由MOF本身特性或其功能化的修飾產(chǎn)生的智能的催化劑系統(tǒng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，拓寬了MOF-生物催化劑的應(yīng)用場景。
圖1：MOF解鎖生物催化的新潛力
文章的最后指出了MOF-生物催化劑在現(xiàn)階段存在的一些瓶頸和待解決的問題，如更簡便溫和的合成工藝來促進其工業(yè)化的進程，介孔結(jié)構(gòu)的新MOF促進催化過程中物質(zhì)運輸，更多樣的仿生酶來拓展其應(yīng)用等。
論文信息： 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
