Fabricating Covalent Organic Framework Capsules with Commodious Microenvironment for Enzymes

化学 纳米技术 共价键 固定化酶 共价有机骨架 生物化学 有机化学 材料科学
作者
Mingmin Li,Shan Qiao,Yunlong Zheng,Yassin H. Andaloussi,Xia Li,Zhenjie Zhang,Ang Li,Peng Cheng,Shengqian Ma,Yao Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (14): 6675-6681 被引量:329
标识
DOI:10.1021/jacs.0c00285
摘要

Enzyme immobilization has been demonstrated to be a favorable protocol to promote industrialization of biomacromolecules. Despite tremendous efforts to develop new strategies and materials to realize this process, maintaining enzyme activity is still a formidable challenge. Herein we created a sacrificial templating method, using metal-organic frameworks (MOFs) as sacrificial templates to construct hollow covalent organic framework (COF) capsules for enzyme encapsulation. This strategy can provide a capacious microenvironment to unleash enzyme molecules. The improved conformational freedom of enzymes, enhanced mass transfer, and protective effect against the external environment ultimately boosted the enzymatic activities. We also found that this strategy possesses high versatility that is suitable for diverse biomacromolecules, MOF templates, and COF capsules. Moreover, the dimensions, pore sizes, and shell thickness of COF capsules can be conveniently tuned, allowing for customizing bioreactors for specific functions. For example, coencapsulation of different enzymes with synergistic functions were successfully demonstrated using this bioreactor platform. This study not only opens up a new avenue to overcome the present limitations of enzymatic immobilization in porous matrixes but also provides new opportunities for construction of biomicrodevices or artificial organelles based on crystalline porous materials.
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