中大新聞網訊（通訊員黃維）天然酶是一類具有催化活性的天然聚合物，通過綠色、溫和、高效的方式催化細胞內的生物化學反應，具有人工催化劑無法比擬的高效率。然而，酶的柔性構象在外界刺激下極易發生變化，極大地限制了酶的大規模工業應用。利用多孔超分子“盔甲”對天然酶結構進行約束、保護是設計多功能雜化生物催化劑的有效手段，既能解決酶的穩定性問題，又能提高酶的可重復性。盡管該領域已取得了系列進展，但多孔超分子框架的結晶往往需要苛刻的條件，如何實現在生物相容條件下原位裝配超分子晶體“盔甲”仍是技術難點。
圖1. 綠色超分子組裝策略示意圖
基于此，中山大學化學工程與技術學院陳國勝副教授和歐陽鋼鋒教授團隊報道了一種溫和、綠色的自下而上制備雜化生物催化劑的超分子策略,可以簡單、高效地合成氫鍵有機框架（HOF）雜化生物催化劑。本研究選用具有四個甲酸臂的c2對稱芘結構（1,3,6,8-四羧基芘，H4TCPy）作為超分子構建模塊（圖1）。修飾的甲酸臂使芘結構體在微量有機溶劑中具有高分散性，并允許在幾乎無有機溶劑的水溶液中，將離散的芘結構體通過羧酸二聚作用在酶表面形成多孔超分子氫鍵網絡結構。這種空間整合充分利用了天然酶的催化活性和高結晶框架的約束效應，并證明了這種綠色方法設計高效穩定的生物催化劑的實用性。此外，HOF共平面的芘核提供了強大的層間π-π相互作用，使雜化生物催化劑在較寬的pH范圍內穩定。這種結構明確、孔通道排列有序的HOF“盔甲”可以具有門控作用用于篩選催化底物，從而提高生物催化選擇性，同時也可以提高酶在非生理環境下的穩定性。基于這些特性，本研究進一步開發了基于超分子生物催化劑的電化學免疫傳感器，實現了對癌癥標志物的超靈敏檢測。這項工作克服了使用天然酶進行生物催化的常見穩定性和選擇性問題，并為獲得不同應用的高效雜交生物催化劑提供了新的見解。該研究成果發表在國際知名綜合期刊Nature Communications上，題目為“Green synthesis of stable hybrid biocatalyst using a hydrogen-bonded, π-π-stacking supramolecular assembly for electrochemical immunosenso”。
中山大學陳國勝副教授和歐陽鋼鋒教授為論文通訊作者，2021級博士研究生黃維為論文第一作者。研究得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和中央高校基本科研業務費等項目的資助；中山大學分析測試中心和南方科技大學冷凍電鏡中心在相關測試方面給予大力支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-39364-x
