開發水相合成酵素金屬骨架材料複合體及其應用性研究探討(2/2)

金屬有機骨架材料(Metal-Organic Frameworks-MOFs)是一種新型高結晶性有機/無機複合錯合物，藉由金屬離子或是金屬團簇構成次級結構單元 (Second-Building Unit; SBU)與多芽有機配位基，透過配位共價鍵組裝而成，具備結構多樣性與可調控性，高比表面積及熱穩定性等條件。因此，MOFs 材料不僅在多孔材料應用領域發展出現誘人的前景,將來會在更廣泛的領域中發揮更重要的作用。目前許多研究小組主要致力於新型拓扑結構MOFs 材料的合成以及其在氣體吸附分離，例如二氧化碳甲烷等中的應用或是金屬催化研究。然而，此材料運用於生化醫學與酵素催化的研究尚未被廣泛的報導。此次研究計畫主要還是繼續延續前一期一年計畫，更進一步請深入完成對MOFs及Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs,-MOF的次級群體)的合成與應用探討，主要是結合酵素進而開發出生物催化與生物感測複合體同時加以應用。計畫主要是建立在本實驗室最近分別發表在” J. Am. Chem. Soc. (2015), 137, 4276-4279”關於-透過嶄新的方式將蛋白酵素固定於奈米材料之中並賦予酵素催化功能: 具有孔洞保護性之過氧化氫酶與金屬有金骨架複合微米晶體；以及2013年所發表在”Chem Eur. J, 34 (2013) 11139 –11142”有關於-創新水相方法和成類沸石咪唑骨架-90 (ZIF-90) 兩篇基礎之上。著眼於利用水相下合成優勢，水相及室溫下合成ZIF-90的同時將蛋白質酵素包覆於固體骨架材料之中。此一包覆方式不僅可以有效阻止酵素浸出(leaching)流失的問題，同時被包覆蛋白酵素可依然保有其一定程度催化活性，利用孔洞效果達到保護酵素不被蛋白質分解酶降解而失去活性。本研究成果的重大意義在於固定酵素與合成材料的方式具有相當獨特性與創意性，替MOF材料開創出嶄新的酵素催化上的應用。所以此新一期科技部計畫主要著重於開發出更多能在水相下合成MOFs材料， 例如UiO-66 , Zr -Fumarate MOF，MIL-101等，進而結合本實驗室嶄新酵素包覆方式包覆不同的蛋白酵素如: Luciferase(螢光素酶) Horseradish Peroxidase(辣根過氧化物酶)，Glucose oxidase(葡萄糖氧化酶) 或 Invertase (蔗糖轉化酵素)等等蛋白，發展出生物感測試劑或是生物反應器等，此一新型態MOF複合體在工業上處理廢水或是食品工業催化上具有相當大的潛力。