DNA-Directed Assembly of Hierarchical MOF-Cellulose Nanofiber Microbioreactors with “Branch-Fruit” Structures

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作者
Wanning Gao,Youcong Li,Xing Zhang,Meng Qiao,Yuan Ji,Jie Zheng,Lei Gao,Shuai Yuan,Haihong Huang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (11): 3404-3412
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c05152
摘要

Assembling metal-organic frameworks (MOFs) into ordered multidimensional porous superstructures promises the encapsulation of enzymes for heterogeneous biocatalysts. However, the full potential of this approach has been limited by the poor stability of enzymes and the uncontrolled assembly of MOF nanoparticles onto suitable supports. In this study, a novel and exceptionally robust Ni-imidazole-based MOF was synthesized in water at room temperature, enabling in situ enzyme encapsulation. Based on this MOF platform, we developed a DNA-directed assembly strategy to achieve the uniform placement of MOF nanoparticles onto bacterial cellulose nanofibers, resulting in a distinctive "branch-fruit" structure. The resulting hybrid materials demonstrated remarkable versatility across various catalytic systems, accommodating natural enzymes, nanoenzymes, and multienzyme cascades, thus showcasing enormous potential as universal microbioreactors. Furthermore, the hierarchical composites facilitated rapid diffusion of the bulky substrate while maintaining the enzyme stability, with ∼3.5-fold higher relative activity compared to the traditional enzyme@MOF immobilized in bacterial cellulose nanofibers.
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