金属有机框架材料固定化酶的研究进展

冯小倩，徐 晴，张立慧，汪振炯

(1. 南京工业大学 生物与制药工程学院， 江苏 南京 211800，2. 南京晓庄学院 食品科学学院， 江苏 南京 211171)

天然酶在温和条件下具有高催化活性、选择性和特异性，所以酶催化在化学、制药和食品工业中的应用非常广泛。但是，由于酶的操作稳定性低、难以回收以及缺乏可重复使用性，所以酶在工业领域的应用受到限制。载体固定化酶技术可以在一定程度上解决以上难题，目前用于固定化的载体主要分为有机载体[1-6](壳聚糖及其衍生物、大孔树脂等)和无机载体[7-9](硅藻土、分子筛等)两大类，但它们普遍存在着载体负载量低、固定后酶催化活性不高、酶的三维构象易改变等问题。因此，探寻优质的固定化载体[10]一直是固定化酶的研究热点。

金属有机框架材料(MOFs)是由金属离子(簇)和有机配体通过配位自组装形成的具有内孔隙的新型材料，具有比表面积高、形状有序可控和生物相容性好等优点，被认为是酶固定化的理想材料。近年来，人们将MOFs作为固定化酶的载体材料，使得酶在极端反应条件(强酸、强碱、高温)及有机试剂[11]、高盐浓缩物[12]和表面活性剂等[13]存在的条件下，甚至经过长时间储存后，依然具有优异的催化性能。因此，本文概述了近年来MOFs作为基质在固定化酶领域中的应用，通过典型案例的分析介绍其固定化策略与影响酶固定化效果的主要因素，系统介绍了其在生物催化、生物降解和生物医药等领域的研究进展，并且提出了该技术现存的挑战与未来发展的趋势。

1 固定化方法

在过去的几十年里，金属有机框架一直是学者研究的热点[14-16]。虽然固定化封装策略较多，但是根据酶与MOFs基质间的结合机制一般分为表面固定化[17]、孔道扩散[18]以及仿生矿化[19]。

1.1 表面固定化

图1 表面固定化Fig.1 Surface immobilization

1.2 孔道扩散

MOFs是一种具有超高孔隙率和表面积的框架结构，除了可以将酶吸附在MOFs表面外，还可以固定于MOFs的孔道中。Lyu等[31]将负载细胞色素酶的Cyt c/ZIF-8和未负载酶的ZIF-8材料同时在325 ℃的条件下煅烧，煅烧后Cyt c/ZIF-8复合材料的透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析显示，复合材料内部存在大小为5～20 nm的小腔，而ZIF-8并未出现此类小腔，因此可以确定蛋白质分子嵌入ZIF-8晶体孔道结构中。与表面固定相比，由于MOFs更有效地保护酶，减少酶分子聚集，所以孔道扩散策略显著提高在恶劣条件下酶的稳定性与催化活性(图2)。Li等[32]将有机磷酸脱水酶(OPAA)分散在整个MOFs孔道中，SEM分析发现硫沿着锆MOFs(PCN-128y)单晶均匀分布，这进一步证实OPAA的固定化呈孔道扩散效应。Chen等[33]为了研究辣根过氧化物酶(HRP)在PCN-333(Fe)(耐水金属有机框架)中的分布，先使用异硫氰酸荧光素(FITC)标记HRP，再对FITC-HRP进行封装，利用荧光显微镜分析可以清晰看到FITC-HRP分子均匀分布并分散在整个PCN-333(Fe)中。Shieh等[34]将过氧化氢酶(CAT)嵌入ZIF-90后，经分析发现，总孔体积相较ZIF-90显著变小，证明了CAT@ZIF-90为内嵌孔道式固定化。为了进一步确认过氧化氢酶分子确实嵌入ZIF-90晶体中并且不能通过洗涤除去，Shieh等[34]又进行了完全表面固定化酶和内嵌固定化酶的对照实验，将两组样品经酸消化后洗涤，并进行十二烷基硫酸钠(SDS)-聚丙烯酰胺凝胶电泳后发现，吸附在外表面的过氧化氢酶分子可以轻易去除，而大部分内嵌式固定化的酶依然保留在ZIF-90中。

总之，与表面固定化相比，孔道扩散固定化的酶具有更优异的性能，这是因为MOFs的多孔特性为内嵌的酶分子提供了充分的保护，避免了酶的团聚和被浸出，因此催化活性显著提高[35]。

图2 孔道扩散Fig.2 Channel diffusion

1.3 仿生矿化(原位封装、共沉淀法)

对于小分子酶的固定化，主要以表面固定化和孔道扩散为主。但是当酶分子较大时，这两种方法就不可避免地出现了酶分子易洗脱和MOFs孔道负载率低的缺点。为解决这些问题，一种新型的固定化方法——仿生矿化被开发出来。当氨基酸、DNA和蛋白质等生物大分子被添加到含锌盐和2-甲基咪唑的水溶液中时，会迅速形成具有生物大分子依赖性形态的ZIF-8颗粒。这种制备方法因其与天然生物矿化过程相似而被称为“仿生矿化”[36]，如图3所示。

图3 仿生矿化Fig.3 Bionic mineralization

在室温条件下，以嗜热脂肪酶(QLM)作为ZIF-8前体的内核，将ZnO、2-甲基咪唑、QLM和乙醇在玛瑙研钵中研磨10 min，得到的QLM@ZIF-8是利用仿生矿化合成MOFs的代表[37]。Wang等[38]通过共沉淀法将Ni和Pd空心纳米颗粒及葡萄糖氧化酶(GOx)同时固定在ZIF-8上，制备出的GOx@ZIF-8(NiPd)纳米花不仅使NiPd空心纳米粒子表现出过氧化物酶样活性，而且还保持了GOx的酶活性。Chen等[35]通过富含Cys的蛋白质与金属阳离子之间的配位作用来积累金属阳离子(Zn2+)，将多种蛋白质共包封到MOFs中，这一方法加速了预核簇的形成以及蛋白质周围MOFs的生成，并具有超高的负载率(>96%)，即使在恶劣的条件(如，存在蛋白酶或化学试剂的情况下或高温下)，被包封的酶仍可以保持其三维结构并显示出色的生物活性(62.8%)。Gascon等[39]选择大分子的酶——β-葡萄糖苷酶(β-Glu)来比较合成后固定和原位固定两种方法后发现，原位固定的生物复合材料的酶负载量可达到85%及以上，是合成后固定方法的3倍，并且具有更高的催化活性和更少的酶泄露(5%)；原位固定的装载方法甚至在非水的酶介质(N，N-二甲基甲酰胺)中孵育24 h也有0.07 U/mg的比酶活，而纯酶提取物则为0。Du等[40]将过氧化氢酶(CAT)纳米胶囊(nCAT)(通过原位聚合技术封装在聚合物纳米胶囊中的酶)与MOFs相结合，合成了nCAT@ZIF-8复合材料并进行表征，结果发现，nCAT@ZIF-8具有良好的热稳定性(65 ℃孵育60 min，可以保留其原始活性的78.79%)、可重复使用性(回收10次后，可以保留其原始活性的87.12%)和存储稳定性(存储28 d后，可以保留原始活性的95.96%)。总之，这种新型的固定化策略打破了MOFs小孔径所带来的限制，使酶@MOFs种类更具多样化。

2 影响酶固定化效果的主要因素

在对MOFs固定化酶的研究中，人们发现MOFs纳米材料的尺寸、孔径大小和形态都可以被有目的地调节优化，并且优化后的酶@MOFs材料具有更好的性能。

2.1 合成体系的影响

ZIF-8[41]作为酶固定化的典型功能性材料已被广泛研究多年，ZIF-8的晶体大小和形态受到不同锌源的影响非常显著[42]。Schejn等[42]研究发现，用反应性锌盐如乙酸锌、Zn(NO3)2、乙酸锌或Zn(ClO4)2可以合成50～200 nm的复合材料；而ZnCl2、乙酸锌或ZnI2则可以合成尺寸为350～650 nm的复合材料；由Zn(NO3)2合成的小尺寸ZIF-8晶体表面积最大(1 700 m2/g)，催化活性最好。除Zn2+外，Cu2+和Co2+作为活性中心对ZIF-8的晶体形貌和性能也存在影响[43]。Zhang等[44]首先使用了HKUST-1(Cu-MOF)来封装漆酶(铜粒子作为漆酶的辅助因子，有激活漆酶的作用)，结果发现：HKUST-1是一种具有花状结构的高比表面积的外壳，可保护漆酶在不同劣性环境中进行催化反应；被HKUST-1外壳保护的漆酶pH稳定性(pH 3.0时保持其最大酶活的78.7%±0.9%)、热稳定性(60 ℃)和储存稳定性(储存30 d后保持其最大活性的80%)都明显提高。而Wang等[38]也证实了Ni和Pd同样可以同于ZIF-8晶体的合成，所获得的纳米花结构形ZIF-8可作为检测葡萄糖的新型电化学传感器。Cui等[45]研究2-甲基咪唑(mIm)浓度对MOFs复合材料微观形貌的影响时发现：当mIm的浓度为0.3～0.5 mol/L时，会出现纳米片；而mIm的浓度增加到0.6～0.8 mol/L时，会导致十字形的花状纳米结构的形成。金属离子和有机连接剂作为MOFs的两个主要成分，主要负责MOFs的微观形貌和主要性能，这也是影响酶@MOFs复合物催化性能的关键[43]。

2.2 酶分子

Liu等[46]系统地研究了ZIF-8的吸附特性，利用不同大小的蛋白质，包括溶菌酶(LZM，4.5 nm×3 nm×3 nm，椭圆形)、人血清白蛋白(BSA，4.0 nm×4.0 nm×14.0 nm，椭圆形)和牛血红蛋白(BHb，直径约5 nm)为研究对象，结果发现：LZM在ZIF-8上的吸附最快，最大吸附容量为376.5 mg/g；而BSA和BHb最大吸附容量分别为70.3和179.6 mg/g，这表明随着分子截断效应的增加，吸附能力随蛋白质大小的增加而降低。Liang等[47]发现，生成的MOFs晶体的形态、大小和颗粒数量在很大程度上还取决于氨基酸侧链的化学性质：非极性、极性中性、极性负性和极性正性，有4种氨基酸(Lys、His、Arg和Tyr)无法形成MOFs颗粒，这归因于它们具有的高正电荷会与Zn2+产生竞争；带有非极性侧链的氨基酸疏水性的增加可诱导ZIF-8形态从球状转变为菱形十二面体，然后变为短的立方体；而具有芳香族侧链的氨基酸仅诱导短的立方ZIF-8颗粒的形成；在极性中性氨基酸的情况下，以羟基终止的侧链也诱导形成具有立方形态的ZIF-8颗粒，带负电荷的氨基酸诱导形成具有窄尺寸分布的球形ZIF-8颗粒[48]。该研究揭示了酶分子在蛋白质封装过程中的关键作用，对于复合材料的成核、生长和组装至关重要[49]。

2.3 外源物质添加的影响

近年来，人们逐渐发现添加一些外源物质并调节其用量同样对MOFs的形貌和性能有着显著影响。Zhu等[50]选择具有表面富氧官能团的氧化石墨烯(GO)合成ZIF-8/GO纳米复合材料用于Cyt c固定，结果发现：ZIF-8颗粒的尺寸随GO的含量增高而减小，石墨烯片材上固载的ZIF-8粒子的数量随着GO含量的增加而增加；另外，他们还发现石墨烯表面上的官能团参与ZIF-8的生长但不影响其晶体结构；ZIF-8/GO固载的Cyt c的储存稳定性和对有机溶剂的抗性明显提高，Cyt c@ZIF-8/GO在储存60 h后几乎没有蛋白质渗漏，在乙醇和丙酮中保存2 h后仍能保留接近100%的活性，而游离Cyt c只有10%和50%。最重要的是，Cyt c@ZIF-8/GO可以使用多达4个周期而几乎没有活性损失。Du等[51]首次制备了基于酶@SiO2纳米花@金属-有机框架(Enzyme@SNF@ZIF-8)结构的新型集成纳米生物催化剂系统，结果发现，可以通过改变ZIF-8涂覆周期的数量来控制微孔ZIF-8层数，从而产生具有不同ZIF-8层厚度的Enzyme@SNF@ZIF-8纳米生物催化剂，并且力学和化学稳定性都有所提高。Song等[52]首次设计了一种DNA支架将 HRP和GOx进行交联，并将多酶系统成功地封装到ZIF-8中的策略。这种策略所制备的包囊多酶可有效抑制酶从MOFs骨架中浸出，其浸出量相比传统MOFs包埋策略的结果低10倍以上，并且DNA支架网络也提高了级联酶的邻近性和共定位性，从而显著提高了整体催化效率、酶活和动力学性能。Cutrone等[53]针对先天免疫系统对MOFs的识别和清除的问题，利用由葡聚糖(DEX)制成的新型梳状共聚物接枝2种聚乙二醇(PEG)和阿仑膦酸盐(ALN9)来包覆MOFs，结果发现，稳定的DEX-ALN-PEG涂层在体外可显著降低巨噬细胞的内在化，减少了MOFs的降解。Liang等[11]使用单糖、寡糖以及多糖来研究ZIF-8的仿生矿化时发现：大多数糖类不能诱导MOFs的形成，只有少量—COO侧链的碱性单糖可以诱导MOFs颗粒的形成；不过，纤维素可以用作功能性基底，有效地使纤维素周围的MOFs涂层结晶，而不需要表面官能化。

据报道，不仅蛋白质、碳水化合物、核酸[52,54]可以用作仿生矿化剂，还有一些精细化学品也可以用作仿生矿化剂。不仅如此，Zheng等[55]还证明表面活性剂也可以应用于MOFs结构的合成，当使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和三羟甲基氨基甲烷(TRIS)分子作为封端剂调节时，可以减慢晶体的生长速度；当CTAB分子优先吸附到晶面时，导致ZIF-8具有立方形态，而TRIS分子则优先稳定了晶面并产生具有八面体形态的纳米晶体。但是，2种封端剂的存在都会导致纳米晶体具有不规则形状和较高折射率的刻面，如六足动物和毛刺拼图。

3 MOFs在固定化酶中的应用研究

3.1 酶学性质的增强

增强功能性酶分子的催化活性、稳定性、选择性和可重复使用性是生物技术中的一项关键挑战，特别是在苛刻的实际应用条件下，通过高度有序的MOFs构架对天然酶进行保护，这些改进的性能将使其成为在现代化学和生物工艺应用中的潜在候选者。

通常，固定在MOFs上的酶比游离状态的酶表现出更好的催化活性[56]。Chen等[35]开发了一种新的氨基酸嵌入策略，将该策略封装的HRP@ZIF-8和游离HRP分别暴露于胰蛋白酶中，其中HRP@ZIF-8可保留处理之前86.7%的生物活性，而游离HRP的生物活性降低到之前的22.4%，这种差异表明ZIF-8的微孔结构能够排除胰蛋白酶，从而保护HRP免受水解；此外，将HRP@ZIF-8在100 ℃下暴露在有机溶剂二甲基甲酰胺(DMF)中，仍保留约62.8%的生物活性，而游离HRP并无活性。Sun等[57]使用了单宁酸(TA)来侵蚀ZIF-8表面，结果发现，TA-Zn纳米涂层具有可以良好控制Zn—O键的分层多孔结构，使ZIF-8@Zn—TA表现出优良的底物扩散性和抗腐蚀性，这一特性大大提高其催化能力。Neupane等[58]研究发现，碳纳米管(CNT)-ZIF复合材料上的3个酶位点44R1、65R1及118R1可以使其更容易暴露于溶剂中，改善大分子与底物接触面并因此提高催化效率。Cao等[30]将大豆环氧水解酶(SHE)固定在UiO-66-NH2表面，并研究其的酶学性质，结果发现：固定化的酶不论是酶活，还是对温度、pH和有机试剂的耐受性，都有不同程度的提高；固定前后的SEH的三级和二级结构均发生了变化，使底物更容易接触酶的活性位点，并且蛋白质分子的官能团电离状态被改变，α-螺旋的数量大量增加(34.4%、19.4%)，酶的结构刚度提高，这对提高酶的稳定性起到重要作用。

3.2 生物降解

酶@MOFs复合材料不易受环境变化影响，具有良好的稳定性和可重复使用性，已被证实可以用于霉菌毒素[59]、有机染料[60-61]以及磷酸类污染物[62]等有机污染物的生物降解。

黄曲霉毒素作为一种代表性的霉菌毒素，具有强致癌性，是饲料中常见的真菌毒素并且易在动物体内富集，如何高效降解黄曲霉毒素一直是人们研究的热点[63]。Ren等[59]使用3种具有类过氧化物酶活性的MOFs来去除黄曲霉毒素B1(AFB1)，结果发现：MOFs对AFB1具有强大的去除能力和对其他物质的抗干扰能力，利用这3种MOFs的结构和Fe2+活性位点的差异，将这些MOFs固定在超滤膜中，形成具有优秀的吸附和催化特性的多功能膜(即过滤、吸附和催化)并用于AFB1的去除，这种合成膜可以同时进行吸附和催化作用，并且具有良好的可重复使用性和再生能力；物化分析和动物实验表明，AFB1经固定了MOFs的超滤膜降解后得到的产物是几种低碳物质，其毒性基团已被裂解，对环境的毒性得到有效消除。Gkaniatsou等[60]首次揭示了MOFs基质和过氧化物酶的协同作用，MOFs基质不仅充当酶的保护性载体，使其能够在多次循环使用中保持长期的催化活性，而且由于其出色的吸附性能，还可以进一步增强生物反应器的催化性能，并增强甲基橙染料的氧化反应选择性。由于MOFs与甲基橙染料之间的电荷选择性吸附导致了反应物的预浓缩，显著提高了目标染料的氧化速率。Mahmoodi等[61]合成了作为3D纳米多孔载体的ZIF-8，并对其表面进行了氨基化功能修饰，然后通过连接剂戊二醛(GA)将漆酶共价固定在ZIF-8纳米颗粒上，以此制备了用于降解有机污染物的新型MOFs纳米生物催化剂，结果发现，由于MOFs具有丰富的可利用活性位点以及固定化酶的催化作用，酸性蓝92(AB92)的生物降解量高达90%，这充分显示了MOFs纳米生物催化剂从有色废水中去除染料污染物的优秀应用潜力。有机磷酸酯水解酶OPH6His@MOF[62]复合材料可以将有机磷酸酯农药OPPs催化水解为毒性较小的对硝基苯酚，并且其具有长期的环境稳定性和热稳定性，可以持续有效地降低OPPs对水环境的危害。

3.3 快速检测领域

酶生物传感器和检测器具有优秀的催化活性以及重复使用性，在环境监测、农药检测、食品分析和疾病诊断等领域应用潜力巨大。Zhao等[64]通过一锅法制备GOx@Fe-BTC(1,3,5-苯三甲酸)复合材料并成功应用于血清中葡萄糖的测定，结果发现：与游离HRP相比，GOx@Fe-BTC表现出更高的过氧化物酶样的活性；在重复使用4次后，GOx@Fe-BTC仍保持83%的活性，此外将其暴露在果糖(10倍浓度)、乳糖(10倍浓度)和麦芽糖(5倍浓度)中，依旧无明显的信号干扰。Zhu等[65]通过将GOx@ZIF-8与长周期光栅(LPG)结合，开发了高度稳定的光纤生物传感器以实现葡萄糖检测，结果发现：与紫外LPG相比，这种光纤生物传感器具有更高的灵敏度，对1～8 mmol/L葡萄糖溶液的灵敏度约为0.5 nm/mmol/L；同时，在ZIF-8中封装的GOx即使在恶劣环境下也能保持催化活性，这种保护能力远远超过了目前使用的其他材料。Luo等[66]合成了一种新型的以混合价Ce元素为金属中心的MOFs(Ce-BPyDC)，并将其用于Ce(Ⅲ)/Ce(Ⅳ)氧化还原循环系统，结果发现：这种材料在3，3′，5，5′-四甲基联苯胺(TMB)氧化反应中具有双重酶活性(类氧化酶和类过氧化物酶活性)，因此该材料可以轻松替代HRP和许多类似的纳米酶；基于这种纳米酶的特性建立了一种比色法检测氨基酸的策略，该策略具有操作简便、检测灵敏、结果准确的优点，线性范围可以达到1～20 μmol/L。

3.4 生物医药

基于天然酶的纳米治疗技术正在兴起，然而，这种催化疗法的效率由于操作稳定性低、递送效率差和酶的寿命短而受到严重阻碍。

Bai等[70]通过一锅法将HRP和GOx嵌入ZIF-8制备新型生物反应器(ZIF-8@GOx/HRP)，进行协同癌症治疗，结果发现：ZIF-8@GOx/HRP可以有效地消耗内源性葡萄糖以生成葡萄糖酸和H2O2，通过中断葡萄糖依赖性能量供应而阻碍癌症的代谢途径，并且随后H2O2被包封，HRP分解放出高毒性·OH自由基，诱导癌细胞氧化凋亡；嵌入ZIF-8中的GOx保留了良好的葡萄糖氧化催化活性，比游离的GOx催化活性高约2.1倍；此外，小鼠实验结果显示，给药15 d后的小鼠肿瘤细胞质量明显下降，而对照组小鼠肿瘤却迅速生长，并且治疗过程中未观察到小鼠的明显体质量变化或器官损伤，实现了超低副作用下对肿瘤细胞的有效抑制。

NO是重要的内源性信号分子，在生理和病理过程中起关键作用，已被用于癌症治疗领域，高含量NO不仅可以杀死癌细胞，而且可以提高治疗效果。Ling等[71]开发了一种GOD@Co-FeMOF纳米片系统作为串联催化剂，将葡萄糖转化为葡萄糖酸和H2O2，随后H2O2可用于催化L-精氨酸的氧化，该过程可以在生理pH、常压和水溶液条件下进行级联反应，持续产生精氨酸，当其与血清接触时可产生NO，用于类似饥饿气体的协同治疗，推进了MOFs在癌症治疗领域中的应用。

3.5 生物制造

通常，Enzyme@MOFs复合物最直接的应用是催化转化来生产高价值的目标化学物质。包括广泛应用于化妆品中的(R)-1,2-辛二醇[30]、应用于药物的邻喹啉[20]、二羟基丙酮[72]、对硝基苯酚[73]、胆碱[72]以及生物柴油[74]等。但是目前相关的生物制造方面的应用仍然处于实验室阶段，并没有带来实际应用价值，所以还有很大的发展空间。

4 MOFs的毒性研究

金属有机骨架材料应用前景广阔，但通常不可生物降解，这是限制其应用的一个关键因素，因此对其毒性研究显得尤为重要。Baati等[75]通过Wistar大鼠实验对3种具有不同结构和组成的多孔含Fe3+纳米MOFs(MIL-88A、MIL-88B-4CH3和MIL-100)的体内急性(单剂量)毒性进行了深入评估，结果发现：这3种MOFs通过静脉内施后，Wistar大鼠的主要器官(即肝脏和脾脏)迅速隔离纳米MOFs并保持了自身功能的完整性，除了仅有的一些短暂异常，并没有显示出持续毒性，其中，分子量较小的MIL-88B-4CH3在老鼠大脑中出现，但没有表现出严重的脑毒性；通过Wistar大鼠的代谢分析，纳米MOFs被降解为其组成成分，即铁离子和有机配体，并通过尿液和粪便直接排出体外。Liu等[76]评估了MOFs/GOx在小鼠体内的毒性，结果发现：在给药后第7天测试其血液生化指标以评估肾脏和肝脏功能，与未施药的小鼠相比，血液和鼠体指标都未表现出明显差异；对杂化纳米催化剂的生物分布研究结果表明，大多数MOFs/GOx纳米片积聚在小鼠的肝脏和脾脏中，而只有少量MOF/GOx纳米片积聚在心脏、肾脏和肺中；同时发现，随着时间的流逝，杂化催化剂可以从小鼠体内清除。此外，与正常小鼠相比，用葡萄糖和MOFs/GOx创可贴敷料给药后的小鼠的主要组织无明显差异或损伤。这些结果表明，MOFs/GOx 在小鼠体外和体内的毒性均可忽略不计。Ruyra等[77]通过使用3，3′-[1-(苯氨酰基)-3，4-四氮唑]-二(4-甲氧基-6-硝基)苯磺酸钠(XTT)测定法在HepG2和MCF7(肝癌细胞和人乳头细胞)细胞中单独评估纳米MOFs合成原料中每种有机配体和金属离子的体外细胞毒性，结果发现：没有一种有机配体显示出任何显著的细胞毒性；随后评估Co2+、Ni2+、Zn2+、Zr4+和Mg2+等金属离子对细胞活性的影响，细胞活力均低于75%，并且即使在低剂量(5～10 μmol/L)下，Cu2+和Mn2+盐也表现出较高的细胞毒性；Fe3+在中等浓度中表现出较高细胞毒性。Fei等[78]评估了MOFs材料中Zn2+对大鼠嗜铬细胞瘤细胞(PC12)的形态、骨架、细胞活力以及神经信号通路相关Gap-43蛋白表达的影响。结果发现：将细胞暴露于浓度为25～400 μg/mL的IRMOF-3中48 h后发现，即使在100 μmol/L的中等浓度下，细胞膜也会受到明显破坏并且少量IRMOF-3被内化，肌动蛋白网络相干性明显丧失，并且Gap-43蛋白表达水平显著降低，说明神经元分化受到抑制；在400 μg/mL时，IRMOF-3大大减少了神经突的生长并显著抑制了PC12细胞的分化，并且从IRMOF-3释放的Zn2+比相应的IRMOF-3产生更强的毒性作用。

5 展望

金属有机框架材料由于其优异的性能，被认为是酶固定化的理想材料，用于增强酶的抗逆性能、提高酶的稳定性和可重复利用性。但这一方面的研究仍处于起步阶段，系列问题有待深入探究，如①金属有机框架材料在酸性条件下容易崩解，从而失去对酶的保护作用，如何提高材料的“耐酸性”；②目前针对金属有机框架材料对酶的固定化多基于单酶体系，如何实现材料在多酶催化体系中的高效应用；③目前的研究多基于实验室规模，放大过程的可控性、综合成本等问题；④金属有机框架材料在微生物领域应用的可行性。