基于金属有机框架材料的生物微反应器的设计与级联催化研究

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级联生物催化反应是一类重要的化学转化,在生物信号转导和代谢途径中发挥重要作用。在生物系统中,复杂的生物催化级联过程发生在不同的细胞膜分隔的细胞器中,以防止出现干扰,从而产生效率极高的生物产品。在自然系统中模拟多酶催化级联反应,在受限结构中的空间组织在新兴的系统化学领域中得到越来越多的关注。为此,研究人员开发了多种生物微反应器,但它们仍难以满足模拟细胞反应途径的复杂性。在这项工作中,我们开发了金属有机框架(MOFs)纳米器件,该器件具有明确的多层结构,可以作为连续的隔间来容纳顺序的酶。这种多层MOFs可以促进连续隔室间的有效沟通,并提供不相容组分的空间隔离,从而指导生物催化级联反应沿着指定的途径得到所需的产物。在相容酶和不相容酶划分的多层MOFs中均证实了生物催化级联活性的增强。我们进一步证明,这种多层MOFs可以承载酶的精确分离和位置控制,促使生物催化级联可以方便地被调节。这项工作可以指导复杂的多腔化的纳米传感器的构建,使之成为用于细胞应用的人造细胞器。
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