化学学院欧阳钢锋教授团队揭示封装模式是如何影响酶@MOFs的生物功能，并提供一种新的策略可制备具有高生物活性的酶@MOFs材料。研究人员以6种工业用途广泛的酶为模型（括葡萄糖氧化酶(GOx)、细胞色素C (Cyt C)、辣根过氧化物酶(HRP)、过氧化氢酶(CAT)、尿酸氧化酶(UOx)和乙醇脱氢酶(ADH)），研究了它们原位封装于ZIF-8空腔后的活性转化。研究结果发现部分酶可保持较高的生物活性，但另一部分酶活性则严重下降甚至完全失活。接着，研究人员通用过系统的表征手段发现酶的活性转化与其封装模式密切相关：1）在基于酶诱导ZIF-8成核驱动的快速封装模式中，得到的酶@ZIF-8保持较高的生物活性；2）在ZIF-8自然成核的共沉淀缓慢封装模式中（此过程中酶不参与ZIF-8成核），由于过量配体（2-甲基咪唑）的去折叠效应和竞争配位，得到的酶@ZIF-8趋向于失活（图1A）。有趣的是，这两种封装模式与酶的表面电荷性质有关。研究人员通过酶表面氨基酸残基的化学修饰调节酶的表面电荷，可实现酶@ZIF-8封装方式的有效调控，进而改善酶@MOFs的生物活性。接着，研究人员探讨了改善后的酶@MOFs（Cyt C-A@ZIF-8和HRP-A@ZIF-8）在生物传感领域的应用。我们首先可以利用Cyt C-A@ZIF-8和HRP-A@ZIF-8对H2O2进行可视化传感。谷胱甘肽(GSH)是一种生物硫醇，与糖尿病、肝病、白内障、阿尔茨海默病和帕金森病等多种病症相关。H2O2可氧化GSH进而影响酶@MOFs的H2O2传感性能(图1B)。鉴于这一原理，我们建立了一种GSH的可视化酶@MOFs传感平台，并具有较高的检测灵敏度和较宽的线性范围（图1C）。与单酶催化相比，多酶催化级联反应是生物体内一类重要的化学转化过程，在生物信号转导和代谢途径中起着关键作用。研究人员将多种酶（GOx和HRP）共封装于MOFs（简称ECMN，图1D），模拟细胞内级联催化过程；同时，可以通过调控酶的封装模式，提高ECMN的级联催化性能（图1E），并实现葡萄糖的高灵敏、可视化检测 此外，研究团队从封装策略及应用两方面总结了酶@MOFs的最新研究进展：重点介绍了MOFs孔径结构和酶生物界面与金属离子的相互作用对酶封装效率的影响及影响酶活性转化的关键因素；并展示了酶@MOFs在生物传感、催化和纳米催化治疗等领域的前沿应用。

已有样品/n针对酶在工程化应用中的缺陷，如易失活、不具回收性、抗逆性差 等，采用新型固定化技术，制备出具有高活性、高耐逆和工程化回用性 良好的固定化脂肪酶，提高酶活力 10-46 倍。如：以碳纳米管为载体整 合其它方法固定化 BCL，固定化酶最大蛋白比活达 50,200 U/min/g protein，酶活回收率达 3,740%，为游离酶的 54 倍，是 MPR-NKA 固定化 酶的 1.5 倍，且大幅缩短了酶促反应时间，10 分钟就能使手性拆分反应 达到平衡，较国际报道的最高水平提高 200 倍，

悬赏金额：10万元 发榜企业：深圳市一正科技有限公司 支柱产业集群：生物医药与健康产业集群 需求领域：生物工程与检测技术；轻工和化工生物技术；生物催化与发酵；智能制造装备 技术关键词：连续流酶催化；酶固定床；酶循环寿命；酯化反应或酰化反应

近年来，一类新型多孔材料--- 配位聚合物【也称金属有机骨架（MOFs）】的研究得到迅猛发展， 已成为化学和材料科学领域的研究热点，正从基础研究过渡到实际应用。这类材料具有晶态网络结构，    容易可控合成，比表面积大，孔隙率高，结构多样可调，性能独特，在吸附、分离、催化等领域具有极    大应用前景。我们发展了这类材料的设计合成方法，对其性能进行了有效调控，获得了多例具有良好稳    定性和特殊孔性质的新    MOFs，这些材料在气体分离、氢气和甲烷储存、成膜及膜分离、绿色催化等方面表现出良好的性质，具有极大应用开发价值。应用开发价值应用开发价值应用开发价值

本项目利用重组大肠杆菌异源表达来自枯草芽孢杆菌中的CAH基因，发酵生产头孢菌素脱乙酰酶蛋白。由于重组蛋白表达量高，采用简单的硫酸铵分级沉淀方法即可达到很好的纯化效果，极大程度地缩减了蛋白纯化的成本。在工业应用中，将游离酶固定在载体上可以实现多次重复利用，产物分离容易，可以连续操作。在众多固定化酶方法中，由于制备的固定化酶稳定性好，共价结合的方法在工业中最为常用。本项目采用共价结合的固定化方法，在温和条件下将游离酶连接在亲水性环氧基载体上，得到的固定化酶活力回收高，稳定性好，重复使用次数高。已完成整条工艺流程。重组大肠杆菌发酵生产CAH蛋白进入中试阶段，通过优化培养条件，发酵培养基等工作，降低生产成本，提高产酶量。目前完成的蛋白纯化及固定化酶制备工艺，对产品的性能已通过相关的实验得到很好的评价结果。在不断完善发酵和固定化酶制备工艺后，即可以进一步扩大生产试验规模，从而应用于工业生产。

该技术是利用鹅源草酸青霉果胶酶生产磁性固定化鹅源草酸青霉果胶酶， 技术适用于食品、医药、畜禽饲料生产企业。 技术利用混合共沉淀法制备果胶酶纳米级磁性高分子微球载体，利用超声 波技术弥补共沉淀法中粒径不均匀的不足，有效控制粒径的大小，提高了微粒青岛农业大学科技成果介绍 2017 －42－ 作为载体的靶向性；采用真空冷冻干燥技术处理固定化鹅源草酸青霉果胶酶， 减少了采用鼓风加热干燥常规法造成载体中羟基、羧基官能团的活性损失，使 制备的载体中有效官能团回收率更高。另外，以磁性 Fe3O4 为磁核，壳聚糖-阿 拉伯胶为磁壳制备磁性双酶(果胶酶+纤维素酶)复合微球，使磁性双载体双酶固 定化产品的连续重复利用效果更好，具有良好的热稳定性。研发的磁性高分子 微球粒径为 10～80.45nm，具有良好的磁响应性，能够实现均匀酶解、重复利用。

开发一种简单的合成策略，制备具有高活性的酶@MOFs生物杂交材料。该方法的关键在于添加了能够作为“形貌调制器”的聚多肽-聚谷氨酸（γ-poly-L-glutamic acid, PLGA)。PLGA是一种阴离子生物聚多肽，不仅可通过静电组装方式调控酶的表面电荷进而加速酶@ZIF-8杂交材料的形成，而且PLGA直链上丰富的羧基基团可与金属离子竞争配位，原位裁剪出具有不同形貌和孔径尺寸的酶@ZIF-8纳米结构（图1A）。研究表明不同的纳米结构对于杂交材料的活性有重要影响，其中设计的介孔2D酶@ZIF-8纳米片结构由于具有更短的底物扩散路径和更大的孔道尺寸，极大提高酶活性位点的利用率，因此得到的MOFs杂交材料具有优异的生物活性。基于提出的合成策略，研究人员还建立一个 MOFs“人造细胞”，通过酶级联反应模拟细胞内的信号转导（图1B）。该人造细胞对葡萄糖具有双重光学（荧光和比色信号）响应，两种光学信号都与葡萄糖浓度成正比，并且在两个互补的浓度范围内灵敏。

低分子量肝素(LMWH)是临床上最主要的天然抗凝剂，目前主要是通过动物来源的肝素进行酶降解制得。欧洲药典要求 LMWH 的分子量为 6000~8000，质量控制是生产 LMWH 的重要环节。而肝素酶的活性和利用率直接影响 LMWH 生产成本和产业经济。 本项目组利用融合肝素酶 I (Hep I)与甲壳素之间的亲和作用，实现酶的循环利用，同时融合酶活性和稳定性提高。利用绿色溶剂体系制备形态完好、尺寸均一的甲壳素微球。用固定化酶制备的 LMWH 产品达到欧洲药典要求，实现了分子量可控，生产过程可实时监测。该项目将对 LMWH 产业的绿色和经济生产提供技术支持。目前已发表 SCI 论文 2 篇，并与相关企业开展了合作。