纳米材料固定化生物催化剂极大地促进了生物催化的发展，并使其成为当今催化工业不可或缺的一部分。由有机连接基和金属离子或团簇构成的金属有机框架（MOF）近年来在生物催化剂固定化方面引起了广泛的关注。MOF的构建单元的多样性、分子尺度的可调性和模块化合成路线极大地扩展了其作为宿主与生物催化剂集成的能力。

有鉴于此，澳大利亚新南威尔士大学Kang Liang等人，综述了近年来MOFs与生物催化剂(包括天然酶、纳米酶、人工催化剂和生物基生物催化剂)界面结合的研究进展，其中MOF不仅在增强封装生物催化剂的稳定性和可重复使用性方面表现出诱人的生物催化性能，同时也拓展了其在其他领域的应用。

本文要点

1）首先总结了MOF与生物催化剂的一般合成策略。然后，讨论了MOF作为一系列生物催化剂（包括天然酶，纳米酶和生物基生物催化剂）的多功能宿主的最新进展，然后介绍了MOF本身作为生物催化剂的情况。此外，还总结了MOF本身的刺激响应特性，以及MOF内部或表面的蛋白质、聚合物和肽的额外功能化，这些特性使生物催化剂具有可控和可调的行为，这些特性可能开启生物催化的新潜力。最后，展望了有关生物催化MOF的挑战，潜在影响和未来方向。

2）尽管付出了巨大的努力，但MOF-酶生物复合材料的研究仍处于不成熟阶段，存在许多关键问题。MOFs-酶复合材料的性能不仅受生物分子的构象和活性的影响，还受MOFs颗粒的尺寸、形貌和结构不规则性的影响，因此，应开发先进的表征方法来分析复合材料。酶-MOF复合材料的未来发展还可能在于在MOF合成过程中开发更简便，温和的固定化工艺，例如球磨和缺陷工程，这不仅有助于保护酶，而且不会损害其催化活性。此外，了解酶与MOF之间的相互作用将有助于推进固定化技术并将其转移到工业化中。此外，某些生物催化反应可能涉及较大尺寸的底物或辅因子，因此设计具有介孔结构的新MOF来促进物质运输也至关重要。对于纳米酶和人工生物催化剂，需要发现除过氧化物酶外的更多样化的人工生物催化剂以扩大其应用。纳米酶与MOFs的相互作用应进一步研究，以探讨其增强催化活性的机理。

3）此外，有时纳米酶和生物酶都被封装到MOF中，以进行级联反应，因此寻找合适的方法将它们划分在不同的分布区域以实现高效催化是非常重要的。对于MOF和生物基生物催化剂，主要障碍是MOF-有机物复合物的生物相容性，这阻碍了它们在生物医学中的进一步应用。使用衍生自生物实体的金属或配体进行MOF合成可能有助于最大程度地降低免疫反应的风险。随着智能刺激响应式生物催化MOF的发展，一些未解决的问题正在逐步得到解决。但是，这些应用中的大多数仍处于概念验证的早期阶段，实际上有望在将来实现工业应用以用于商业或临床用途。

总之，生物催化剂与MOFs的结合为未来的工业生物催化带来巨大的潜力。

参考文献：

Jian Liu et al. Metal–Organic Frameworks as a Versatile Materials Platform for Unlocking New Potentials in Biocatalysis. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202100300

https://doi.org/10.1002/smll.202100300