摘要
酶是一种具有高效率、特异性和选择性的多功能催化剂。然而，游离酶结构的脆弱性和难以重复使用的性质使其实际应用有一定的局限性。原位封装酶策略可以克服酶的尺寸限制，并解决酶在恶劣环境中敏感性降低的问题，使酶的活性和稳定性大大提高。共价有机框架(COFs)是原位封装酶的理想载体。但是，关于COFs原位封装酶体系的构建仍存在着一些问题，例如，COFs封装酶过程对酶不友好，封装步骤繁琐、封装酶载体传质阻力高、COFs疏水性界面和酶相互作用，影响酶构象自由等。本论文针对目前COFs原位封装酶策略面临的挑战和难点，构筑了高活性和高稳定性的酶@COFs封装体系，实现对多种生物标志物的分析检测。主要研究内容如下: (1)针对COFs原位封装酶策略中酶缺乏构象自由以及封装材料具有高传质阻力使得酶活性降低的问题，受自然界细胞结构的启发，合成了一种外壳厚度可调的类细胞COF胶囊，用于在室温下原位封装酶。极薄的胶囊壳可以缩短传质距离，降低传质阻力，有利于底物的运输。此外，COF的中空胶囊结构为游离酶提供了舒适的微环境，使封装酶的构象得到维持，从而提高了催化活性。COF胶囊还可以保护酶免受恶劣环境的影响，使封装酶表现出超高的稳定性。基于HRP@COF-45nm优异的催化活性构建了比色分析方法，用于检测细胞裂解液中的谷胱甘肽。该方法检出限低、线性范围宽，具有优异的选择性和检测效果。本研究突破了多孔有机框架材料封装酶封装过程不友好、封装步骤繁琐、封装酶载体传质阻力大等局限性，为多孔有机框架材料原位封装酶提供了新视角。 （2）针对疏水的COFs界面与酶相互作用引起酶构象变化，使得酶活性降低的问题，提出一种在温和可控的条件下将天然酶原位封装在亲水性COF中的通用策略。使用带有羟基基团的1，3,5-三甲酰基间苯三酚（Tp），制备亲水性的COF,为封装酶提供亲水的微环境。制备的GOx@COF-Tp可以维持酶构象，从而保持与天然酶相当的生物催化功能。此外，GOx@COF-Tp在高温环境、螯合剂、尿素和其他有机溶剂中展现出超高的稳定性和优异的酶活性。基于GOx@COF-Tp构建了比色传感器，用于人血清中葡萄糖的分析检测，具有较低的检出限和合适的检测范围，检测结果令人满意。本研究不仅为酶@COF生物催化剂的简易合成提供了新的参考，也为构建高活性和稳定性的COF原位封装体系提供了新的思路。
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