Template-Free In Situ Encapsulation of Enzymes in Hollow Covalent Organic Framework Capsules for the Electrochemical Analysis of Biomarkers

材料科学 介孔材料 共价键 纳米技术 固定化酶 生物传感器 电化学 胶囊 化学工程 电极 化学 有机化学 催化作用 生物 植物 物理化学 工程类
作者
Chao Hao,Zixin Zhou,Wenting He,Meng Li,Xiaoyu Yuan,Ping Su,Jiayi Song,Yi Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (18): 20641-20651 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acsami.2c01357
摘要

Although capsule-like materials as host carriers for enzyme encapsulation have been a hot topic in recent years, creating an ideal microenvironment for enhanced enzymatic performance is still a formidable challenge. Herein, we created a template-free method to in situ encapsulate natural enzymes in hollow covalent organic framework (COF) capsules at room temperature. The COF crystallites migrated from the inner core and self-assembled at the outside walls during the inside-out Ostwald ripening process, retaining the enzymes in the cavity. The adjustable hollow structure of the enzyme@COF capsule allowed the basic vibration of the enzyme to maintain a certain degree of freedom, thus significantly enhancing the enzymatic bioactivity. The hollow enzyme@COF capsule has large mesoporous tunnels allowing the efficient transport. In addition, the enzyme encapsulated in the capsule showed superior activity and ultrahigh stability under various extreme conditions that may lead to enzyme inactivation, such as high temperature, organic solvents, chelates, and the denaturing agent. Finally, the prepared hollow GOx@COF capsule was used for electrochemical sensing of glucose in human serum, and the electrochemical sensor exhibited high selectivity and satisfactory test results. This research not only provides a new way for COFs to encapsulate enzymes but also has potential applications in biocatalysis and biosensing, making artificial organelles possible.
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