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化學學院歐陽鋼鋒教授團隊揭示封裝模式是如何影響酶@MOFs的生物功能，并提供一種新的策略可制備具有高生物活性的酶@MOFs材料。研究人員以6種工業用途廣泛的酶為模型（括葡萄糖氧化酶(GOx)、細胞色素C (Cyt C)、辣根過氧化物酶(HRP)、過氧化氫酶(CAT)、尿酸氧化酶(UOx)和乙醇脫氫酶(ADH)），研究了它們原位封裝于ZIF-8空腔后的活性轉化。研究結果發現部分酶可保持較高的生物活性，但另一部分酶活性則嚴重下降甚至完全失活。接著，研究人員通用過系統的表征手段發現酶的活性轉化與其封裝模式密切相關：1）在基于酶誘導ZIF-8成核驅動的快速封裝模式中，得到的酶@ZIF-8保持較高的生物活性；2）在ZIF-8自然成核的共沉淀緩慢封裝模式中（此過程中酶不參與ZIF-8成核），由于過量配體（2-甲基咪唑）的去折疊效應和競爭配位，得到的酶@ZIF-8趨向于失活（圖1A）。有趣的是，這兩種封裝模式與酶的表面電荷性質有關。研究人員通過酶表面氨基酸殘基的化學修飾調節酶的表面電荷，可實現酶@ZIF-8封裝方式的有效調控，進而改善酶@MOFs的生物活性。接著，研究人員探討了改善后的酶@MOFs（Cyt C-A@ZIF-8和HRP-A@ZIF-8）在生物傳感領域的應用。我們首先可以利用Cyt C-A@ZIF-8和HRP-A@ZIF-8對H2O2進行可視化傳感。谷胱甘肽(GSH)是一種生物硫醇，與糖尿病、肝病、白內障、阿爾茨海默病和帕金森病等多種病癥相關。H2O2可氧化GSH進而影響酶@MOFs的H2O2傳感性能(圖1B)。鑒于這一原理，我們建立了一種GSH的可視化酶@MOFs傳感平臺，并具有較高的檢測靈敏度和較寬的線性范圍（圖1C）。與單酶催化相比，多酶催化級聯反應是生物體內一類重要的化學轉化過程，在生物信號轉導和代謝途徑中起著關鍵作用。研究人員將多種酶（GOx和HRP）共封裝于MOFs（簡稱ECMN，圖1D），模擬細胞內級聯催化過程；同時，可以通過調控酶的封裝模式，提高ECMN的級聯催化性能（圖1E），并實現葡萄糖的高靈敏、可視化檢測? 此外，研究團隊從封裝策略及應用兩方面總結了酶@MOFs的最新研究進展：重點介紹了MOFs孔徑結構和酶生物界面與金屬離子的相互作用對酶封裝效率的影響及影響酶活性轉化的關鍵因素；并展示了酶@MOFs在生物傳感、催化和納米催化治療等領域的前沿應用。

已有樣品/n針對酶在工程化應用中的缺陷，如易失活、不具回收性、抗逆性差 等，采用新型固定化技術，制備出具有高活性、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：以碳納米管為載體整 合其它方法固定化 BCL，固定化酶最大蛋白比活達 50,200 U/min/g protein，酶活回收率達 3,740%，為游離酶的 54 倍，是 MPR-NKA 固定化 酶的 1.5 倍，且大幅縮短了酶促反應時間，10 分鐘就能使手性拆分反應 達到平衡，較國際報道的最高水平提高 200 倍，

懸賞金額：10萬元 發榜企業：深圳市一正科技有限公司 支柱產業集群：生物醫藥與健康產業集群 需求領域：生物工程與檢測技術；輕工和化工生物技術；生物催化與發酵；智能制造裝備 技術關鍵詞：連續流酶催化；酶固定床；酶循環壽命；酯化反應或酰化反應

近年來，一類新型多孔材料--- 配位聚合物【也稱金屬有機骨架（MOFs）】的研究得到迅猛發展， 已成為化學和材料科學領域的研究熱點，正從基礎研究過渡到實際應用。這類材料具有晶態網絡結構，    容易可控合成，比表面積大，孔隙率高，結構多樣可調，性能獨特，在吸附、分離、催化等領域具有極    大應用前景。我們發展了這類材料的設計合成方法，對其性能進行了有效調控，獲得了多例具有良好穩    定性和特殊孔性質的新    MOFs，這些材料在氣體分離、氫氣和甲烷儲存、成膜及膜分離、綠色催化等方面表現出良好的性質，具有極大應用開發價值。應用開發價值應用開發價值應用開發價值

本項目利用重組大腸桿菌異源表達來自枯草芽孢桿菌中的CAH基因，發酵生產頭孢菌素脫乙酰酶蛋白。由于重組蛋白表達量高，采用簡單的硫酸銨分級沉淀方法即可達到很好的純化效果，極大程度地縮減了蛋白純化的成本。在工業應用中，將游離酶固定在載體上可以實現多次重復利用，產物分離容易，可以連續操作。在眾多固定化酶方法中，由于制備的固定化酶穩定性好，共價結合的方法在工業中最為常用。本項目采用共價結合的固定化方法，在溫和條件下將游離酶連接在親水性環氧基載體上，得到的固定化酶活力回收高，穩定性好，重復使用次數高。已完成整條工藝流程。重組大腸桿菌發酵生產CAH蛋白進入中試階段，通過優化培養條件，發酵培養基等工作，降低生產成本，提高產酶量。目前完成的蛋白純化及固定化酶制備工藝，對產品的性能已通過相關的實驗得到很好的評價結果。在不斷完善發酵和固定化酶制備工藝后，即可以進一步擴大生產試驗規模，從而應用于工業生產。

該技術是利用鵝源草酸青霉果膠酶生產磁性固定化鵝源草酸青霉果膠酶， 技術適用于食品、醫藥、畜禽飼料生產企業。 技術利用混合共沉淀法制備果膠酶納米級磁性高分子微球載體，利用超聲 波技術彌補共沉淀法中粒徑不均勻的不足，有效控制粒徑的大小，提高了微粒青島農業大學科技成果介紹 2017 －42－ 作為載體的靶向性；采用真空冷凍干燥技術處理固定化鵝源草酸青霉果膠酶， 減少了采用鼓風加熱干燥常規法造成載體中羥基、羧基官能團的活性損失，使 制備的載體中有效官能團回收率更高。另外，以磁性 Fe3O4 為磁核，殼聚糖-阿 拉伯膠為磁殼制備磁性雙酶(果膠酶+纖維素酶)復合微球，使磁性雙載體雙酶固 定化產品的連續重復利用效果更好，具有良好的熱穩定性。研發的磁性高分子 微球粒徑為 10～80.45nm，具有良好的磁響應性，能夠實現均勻酶解、重復利用。

開發一種簡單的合成策略，制備具有高活性的酶@MOFs生物雜交材料。該方法的關鍵在于添加了能夠作為“形貌調制器”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控酶的表面電荷進而加速酶@ZIF-8雜交材料的形成，而且PLGA直鏈上豐富的羧基基團可與金屬離子競爭配位，原位裁剪出具有不同形貌和孔徑尺寸的酶@ZIF-8納米結構（圖1A）。研究表明不同的納米結構對于雜交材料的活性有重要影響，其中設計的介孔2D酶@ZIF-8納米片結構由于具有更短的底物擴散路徑和更大的孔道尺寸，極大提高酶活性位點的利用率，因此得到的MOFs雜交材料具有優異的生物活性。基于提出的合成策略，研究人員還建立一個 MOFs“人造細胞”，通過酶級聯反應模擬細胞內的信號轉導（圖1B）。該人造細胞對葡萄糖具有雙重光學（熒光和比色信號）響應，兩種光學信號都與葡萄糖濃度成正比，并且在兩個互補的濃度范圍內靈敏。

低分子量肝素(LMWH)是臨床上最主要的天然抗凝劑，目前主要是通過動物來源的肝素進行酶降解制得。歐洲藥典要求 LMWH 的分子量為 6000~8000，質量控制是生產 LMWH 的重要環節。而肝素酶的活性和利用率直接影響 LMWH 生產成本和產業經濟。 本項目組利用融合肝素酶 I (Hep I)與甲殼素之間的親和作用，實現酶的循環利用，同時融合酶活性和穩定性提高。利用綠色溶劑體系制備形態完好、尺寸均一的甲殼素微球。用固定化酶制備的 LMWH 產品達到歐洲藥典要求，實現了分子量可控，生產過程可實時監測。該項目將對 LMWH 產業的綠色和經濟生產提供技術支持。目前已發表 SCI 論文 2 篇，并與相關企業開展了合作。