在一项最新的研究中，科研人员在水性环境中成功合成了一系列锆基金属有机框架(Zr-MOFs)，随后，通过配体交换策略实现了酶的精准固定。由此建立了一个从材料制备到生物催化剂构建的完全绿色环保的技术体系，其开发的固定化酶制剂在催化活性和操作稳定性方面均表现出显著的提升。

随着人口老龄化的加剧及医疗保健的快速发展，预计到2030年，全球抗生素市场规模将超过500亿美元。然而，抗生素的传统化学合成方法涉及使用多种有毒化学物质，并且在生产过程中会产生大量废物。酶催化技术可以极大程度解决这类问题，但由于酶的固有局限性使该技术的发展受到一定程度限制。为解决游离酶固有的局限性––如稳定性差和运营成本高等––科学家们一直致力于固定化酶技术的重大突破。

金属有机框架(MOFs)因其具有高比表面积和可调的孔隙结构，被认为是理想的酶固定化载体，备受研究关注。然而，MOFs因其高能耗合成工艺和高昂成本而无法推广应用。

为此，一支来自中国的研究团队开发了一个从材料合成到酶固定化的完全绿色环保技术体系，实现了β-内酰胺抗生素的可持续生产。

特别是，研究人员通过水相法“绿色化”合成了一系列锆基金属有机框架(Zr-MOFs)。“利用MOFs固有的配体交换能力，在常温水相条件下，将酶作为‘宏观配体’来取代Zr-MOFs中的有机配体，从而实现了有效的酶固定化，”该研究的通讯作者陈瑶博士解释道。

这种温和的策略被证明能够保持酶的天然活性，而MOFs的结构优势显著提高了操作的稳定性和可重复使用性。此外，研究人员还观察到该材料独特的孔隙结构和高比表面积提高了催化过程中的传质效率。

“这项研究在MOF介导的酶固定化方面实现了范式转变，”陈瑶补充道。“通过创建一个将MOF与生物催化剂工程相结合的绿色制造平台，我们同时解决了两个关键瓶颈：在合成过程中消除了对有机溶剂的依赖，同时实现了工业级酶的操作稳定性。这一双重创新为可持续生物制造提供了基本的理论指导和可扩展的技术路径。”

该项研究现已发表在期刊Green Chemical Engineering上，欢迎相关领域学者同仁阅读、下载。

期刊简介

Green Chemical Engineering

Green Chemical Engineering(GreenChE)于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊，首个影响因子9.1，位列Q1区，最新CiteScore为11.6，目前已被ESCI、EI、DOAJ、Scopus和CSCD等多个权威数据库收录。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。