[发明专利]一种通过晶种导向高效通用的包裹酶的方法及其应用

说明书

本发明属于金属有机骨架(MOF)固定化酶技术领域，具体涉及一种通过晶种导向高效通用的包裹酶的方法及其应用。本发明公开了一种通过晶种导向高效通用的合成酶@MOF复合物的方法，基于MOF晶体生长的特点，创新性的提出了晶种导向的合成方法，晶种的添加能够大大促进酶@MOF复合物的合成效率，大大增加对酶的封装效率，同时，晶种导向合成法对酶/蛋白质的化学性质没有要求，不需要对酶/蛋白质进行破坏性的修饰以达到提高封装效率的效果，具备良好的通用性，解决了现阶段酶@MOF复合物合成方法中存在的通用性低和效率低的问题，在生物催化，生物传感，生物医药等领域具备值得期待的应用前景。

技术领域

本发明属于金属有机骨架(MOF)固定化酶技术领域，具体涉及一种通过晶种导向高效通用的包裹酶的方法及其应用。

背景技术

酶是一种具有高选择性、高活性的天然催化剂，具备提高催化效率、选择性及环境可 持续性的潜力，被广泛应用于工业催化、化学合成和生物技术等领域。然而，离开细胞后酶的稳定性差，容易受到pH、温度、大多数有机溶剂和抑制剂的影响而失去活性，从而 极大地影响了酶的胞外应用。因此，提高酶的稳定性是目前亟需解决的关键问题。对此， 研究者们提出用金属-有机骨架(MOF)对酶进行固定化的策略，该策略利用金属-有机骨 架的种类多样性、高孔隙率及比表面积、良好的稳定性、易于调节的孔径和温和的合成条 件等特性为酶提供了有效的保护作用。

MOF固定化酶可以通过表面生物结合及渗透、封装等几种方式进行。其中，表面生物结合及渗透是属于先合成MOF后固定化酶的策略，而封装则是属于MOF的合成与酶 的固定同时进行的策略。有研究表明，直接将酶封装进MOF内的方式能够提供优良的保 护效果，因此是目前研究的重点领域。MOF封装酶的方法以一锅合成法为主要研究方法， 其中溶液相的合成方法主要为共沉淀法和仿生物矿化法。共沉淀法依赖于MOF的自发成 核，在MOF成核及生长过程中将沉淀至MOF表面的酶进行包裹封装，但受限于自发成 核过程的缓慢性，该方法耗时长且封装效率不高。而在仿生物矿化法中，由于酶参与了成 核的过程，进而大大提高了酶@MOF复合物的合成效率，能够对酶完成快速且有效的封 装。但该方法对酶的性质具有一定的要求——表面携带负电荷的酶更容易聚集金属离子从 而促进MOF复合物的形成。为了解决该方法通用性的问题，目前的研究主要集中在对酶 进行破坏性的复杂修饰，以使金属离子在酶周围聚集，从而促进晶体的成核。但该方法制 备工艺复杂，不利于推广应用。因此，有必要开发通用高效且对酶性质无特殊要求的酶 @MOF合成方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种通过晶种导向高效通用的包裹酶的方 法，以解决现有溶液相酶@MOF复合物合成方法(共沉淀法，仿生物矿化法及其改进方法)的通用性、合成效率及对酶非破坏性难以兼有的问题。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了一种通过晶种导向高效通用的合成酶@MOF复合物的方法，其特征在于，在利用MOF封装酶的过程中，通过加入MOF对应的晶种从而跳过缓慢的成核阶段 来达到快速合成酶@MOF复合物的目的。

在酶@MOF的合成过程中引入晶种，晶种的作用在于能够充当晶核供酶附着及MOF晶体的生长，因为晶种的存在，MOF晶体合成过程中的缓慢成核阶段被跳过，利用MOF 包裹酶的效率被大大提高，即酶@MOF的合成效率被大大促进。该发明能够提供一种通 用且高效的酶@MOF复合物合成方法。

优选地，所述酶包括细胞色素C(Cyt c)、血红蛋白(HB)、肌红蛋白(MB)。

优选地，所述MOF为ZIF-8金属有机骨架。