酶具有催化效率高、特异性强的优点，但大多数游离酶对环境敏感，容易失活。金属有机框架（MOFs）通常由金属阳离子（或团簇）和有机配体组成，具有超高的比表面积和可调节的孔隙度，能够提供较大的空间来携带酶，并保护其活性。与其他固定化材料相比，MOFs是潜在的优良的酶固定化材料。近日，中国药科大学王怀松副教授和丁娅教授在Chem. Asian J.期刊上发表了题为 “Enzyme-immobilized metal-organic frameworks: from preparation to application” 综述的文章，讨论了MOFs用于酶固定化的方法及应用（图1）。

目前，MOFs固定酶的制备方法主要有三种，分别是：表面生物偶联法、孔隙渗透法和原位包封法。表面生物偶联法可根据附着过程和机理的不同，分为物理吸附、共价键连接和配位键连接。物理吸附法主要依赖于弱相互作用将生物分子固定在MOFs上，如范德华力、氢键、π-π相互作用、静电作用或疏水相互作用。然而，物理吸附是一种较弱的固定策略，酶很容易从固体载体上解吸。共价连接的机理是生物分子在功能分子和/或催化剂作用下，与MOFs上的氨基或羧基形成肽键，从而实现连接。其中，基于席夫碱反应的戊二醛偶联是载体固定化酶最常用的方法。戊二醛分子的一个醛基与酶分子的氨基反应，另一个醛基与MOFs的氨基反应。除此之外，Click反应也可以用于酶的固定化，它是通过杂原子之间形成的C-X-C键实现连接的。至于配位连接，MOFs晶体外表面存在不饱和配位金属位置，具有与氨基酸形成配位键的可能性，能够实现配位连接。

孔隙渗透法是在温和的条件下结合生物分子，在很大程度上避免了对生物分子结构和活性的影响，MOFs丰富的孔隙也为酶提供了环境保护（如有机溶剂、极端pH值、变性剂、高温等），从而提高了酶对环境的耐受性。并且，MOFs的孔径可调性为底物酶分子提供了选择性，但这种方法要求MOFs与包被酶具有更大的空间相容性，因此经常使用MIL-100、Nu-100X和IR MOF-74等孔径较大的MOFs。

原位包封法的典型代表是一锅法。在该方法中，MOFs在酶的周围形成一个保护壳，能够在极端恶劣的环境中减少酶在MOFs基质中的浸出，保持酶活性。一锅法根据共沉淀剂的存在与否，可分为共沉淀和生物矿化，对于共沉淀法，需要一种辅助稳定剂来维持酶的活性，常见的共沉淀剂是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；而对于生物矿化，酶可以直接与MOFs混合形成生物复合材料，不需要共沉淀剂的存在。

MOFs固定生物分子，特别是MOFs与酶的复合材料，因其结构和功能的多样性而被广泛应用于各种领域，如：传感与检测、疾病诊断与治疗、生物催化、环境保护等方面。对于生物传感，可借助荧光、化学发光、电化学和比色等几种方式实现传感；MOFs和酶的复合材料还可用于检测葡萄糖、过氧化氢（H₂O₂）、金属离子和生物大分子，其中H₂O₂是复合材料的重要传感应用之一，因为H₂O₂的积累会直接导致生物系统内氧化应激的增加，被认为是衰老和癌症的潜在原因。该复合物也可用于疾病诊断，如：Ni-hemin@MOF可以通过比色法直接检测癌细胞；将万古霉素（Van）置于MIL-53(Fe)上，可以实现Van在pH静电相互作用下的持续释放，用于抗菌；酶最重要的性质之一是催化，与MOFs形成复合材料后，能提高其催化活性和可循环性。除此以外，它还可以应用于环境保护领域，具体表现在染料等废弃物的处理、清洁能源的生产、环境中CO₂的检测等方面。

尽管MOFs与酶的复合物已经在很多领域取得了不错的进展，但这一领域仍然存在挑战。MOFs的合成工艺多存在压力高、温度过高或溶剂有毒等缺点，会导致酶的降解，阻碍MOFs在酶固定化方面的发展；MOFs对酶具有保护作用，但与此同时，也限制了酶的特定三维结构和构象自由，可能导致其催化活性降低。