这种材料火了！！首次被用于多酶生物催化级联POC生物传感

通讯作者：Ting Song；Siming Huang；Guosheng Chen

通讯单位：广州医科大学；中山大学

多酶生物催化级联(MBC)在空间受限的微环境中进行，是活细胞中重要的信号传输和代谢途径。在受限的微米或纳米级支架中固定多酶可提供无细胞MBC的通用方法。ZIF作为酶固定的理想支架面临着一定的挑战：ZIF载体(~3.4 Å)的窄晶体孔径限制了基板和中间体的扩散效率。此外，ZIF在弱酸性pH值下极其敏感，许多酶促级联系统在酸性条件下具有最佳活性。这些挑战极大地降低了生物催化级联效率，并限制了可用于无细胞MBC的化学转化网络的多样性。

基于此，中山大学欧阳钢锋教授研究团队和广州医科大学Ting Song、Siming Huang合作首次报道了一种使用介孔氢键有机框架(MHOF)作为支架的替代生物催化级联纳米平台。相关工作以“Biocatalytic Cascade in an Ultrastable Mesoporous Hydrogen Bonded Organic Framework for Point-of-Care Biosensing”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

图1. (A)MHOF级联纳米反应器的结构图。(B)MHOFs级联纳米反应器的冷冻电镜结构。(C)GOx-HRP双酶级联的化学转化。(D)MHOFs-GH和ZIF-8-GH(10 mM葡萄糖)的级联活动。(E)ZIF-8和MHOFs孔结构的Knudsen扩散系数DKA。

具体地，通过温和的从头组装，不同的两种酶或三酶级联被组织在长程有序介孔框架(24.5× 18.6 Å)中。这种设计的介孔微环境可以有效传输各种生物催化底物，与ZIF中的催化级联相比，构建的MHOF限制的生物催化级联显示出优异的活性，扩展了生物催化底物的范围和操作稳定性，能够在多孔载体中进行复杂的化学转化。

此外，基于MHOFs限制的生物级联构建了一种超灵敏且稳定的床旁诊断生物传感器。这项研究描述了HOF中酶促级联的第一个例子，并阐明了MHOF作为多种酶组装保护支架的卓越生物催化转化。突出了HOF作为多种酶组装支架的优势，具有以可控方式模拟复杂细胞转化网络的巨大潜力。

图 2.CLSM图像显示了MHOF中HRP-UOx(A)和HRP-XODs(B)的空间分布。MHOFs-UH(C)和MHOFs-XH(D)的级联活性。

图3. (A)β-Gal-GOx-HRP三酶级联的化学转化。(B)CLSM图像显示了MHOF内β-Gal、GOx和HRP的空间分布。(C)β-Gal-GOx-HRP三酶的级联活性分别限制在ZIF-8和MHOF中。(D)染料快速吸附和染料吸附前后MHOFs的N2吸附等温线。

图4. (A)MHOF和ZIF-8级联传感器的葡萄糖信号响应（1分钟）。MHOFs级联传感器的酸（B）和热稳定性（C）。(D)MHOFs级联传感器在信号输出强度（5分钟）和初始传感速率方面的可回收性。(E)床旁糖尿病诊断示意图，以及使用MHOF级联传感器的诊断结果(F)。S1至 S6表示血清样品1至样品6。

参考文献：

Guosheng Chen, Zhuopeng Tang, Xinyi Li, Linjing Tong, Huangsheng Yang, Jiayi Wu, Xiliu Zhang, Ting Song, Siming Huang, Fang Zhu, Gangfeng Ouyang, Biocatalytic Cascade in an Ultrastable Mesoporous Hydrogen-Bonded Organic Framework for Point-of-Care Biosensing, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, https://doi.org/10.1002/anie.202110351.