上海海洋大学谢晶、丁兆阳团队开发逐层组装金属有机框架固定化酶实现高效催化检测亚硝酸盐

酶作为高效生物催化剂在生物传感等领域价值显著，但其水溶性、极端环境下不稳定性及难回收等问题制约应用。酶固定化是提升其稳定性与可操作性的关键，金属有机框架材料（MOFs）因有序孔道、可调孔径与表面化学、大比表面积及化学稳定性，成为理想固定化载体，其限域空间可保护酶分子构象、强化酶 - 底物相互作用。磁性 MOF 复合材料备受关注，它将磁性纳米颗粒与 MOFs 结合，赋予磁分离特性，解决固定化酶回收难题。其中金属组分可协同构筑双活性中心，补偿酶活性损失，增强催化效率与操作稳定性。发展基于磁性 MOFs 的固定化酶策略，为构建高性能、可循环利用的生物催化平台提供重要途径。

近日，上海海洋大学食品学院食品冷链与物流品质控制谢晶教授团队丁兆阳副教授，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Cascade assembly of metal-organic Framework–Immobilized enzyme complexes for enhanced catalytic activity and sensing applications”的研究论文。该研究通过共价键将辣根过氧化物酶（HRP）固定于磁性 UiO-66-NH2@PDA@Fe₃O₄框架，构建磁性 MOF - 酶复合物 HUNPF。HUNPF的米氏常数（Km）降至游离酶的 1/3，底物亲和力显著提升，且 Zr-Fe 双活性中心协同增强催化效率，经 10 次磁分离循环后催化活性仍保持约 90%。基于 HUNPF 开发的比色 / 荧光双模式传感器检测亚硝酸盐，检测限分别达 0.20 μM（比色）和 0.13 μM（荧光），兼具高灵敏度与可靠性，适用于环境监测与食品安全领域。

针对裸露 Fe₃O₄纳米颗粒易聚集的问题，首先通过多巴胺在颗粒表面自发氧化聚合形成聚多巴胺（PDA）修饰层，以增强胶体稳定性并提供金属螯合基团与芳香基团，随后通过原位自组装在 PDA@Fe₃O₄表面生长 UiO-66-NH₂，构建 UiO-66-NH2@PDA@Fe₃O₄载体，最后通过共价结合将辣根过氧化物酶（HRP）固定于该载体上，形成磁性 MOF - 酶复合物 HUNPF，实现了酶的高效固定与稳定负载。

UiO-66-NH₂中的 Zr⁴⁺与 Fe₃O₄中的 Fe²⁺/Fe³⁺形成协同活性中心，通过电子相互作用促进 Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原循环，加速 H₂O₂分解生成以・OH 为主的活性氧，显著增强催化效率， HUNPF的米氏常数（Km）降至游离酶的 1/3，底物亲和力显著提升。此外 HUNPF 以 HRP 的过氧化物酶活性为主，较 UiO-66-NH₂@PDA@Fe₃O₄更稳定，有助于提高传感器的灵敏度。

HRP固定于UiO-66-NH₂@PDA@Fe₃O₄框架后，在极端 pH 和温度条件下展现显著稳定性，10 次循环后活性保留约 90%，4℃储存 120 天仅轻微失活，归因于 MOF 载体为酶提供稳定微环境，兼顾催化协同效应与结构保护，解决游离酶回收难与稳定性差的工业应用痛点。

谢晶教授简介：上海海洋大学食品学院院长、教授、博导，上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心常务副主任、农业部水产品质量安全贮藏保鲜风险评估实验室副主任、绿色冷藏链实验研究中心主任。国务院学位委员会第七届学科评议组成员、国家“万人计划”科技创新领军人才、国家百千万人才工程入选专家、科技部中青年创新领军人才，享受国务院政府特殊津贴，上海市曙光学者，上海市优秀学科带头人，上海市领军人才。2001-2002年美国俄勒岗州立大学（OSU）博士后研究。主要研究方向：食品冷藏链设备与技术、食品保鲜、食品冷冻冷藏工艺、制冷工程。主持多项国家及省部项目。兼任国际制冷学会食品科学和工程（C2委员会）专业委员会副主席、中国水产学会渔业制冷分会主任委员、中国食品科学技术学会理事、中国食品工业协会食品物流专业委员会专家组成员、上海市制冷学会副理事长、上海冷藏库协会专家委员会主任委员、首届上海市食品安全风险评估专家委员会专家、上海市农委农产品质量安全专家委员会专家等。主编《食品冷藏链技术与装置》《食品冷冻冷藏原理与技术》《中央空调技师手册》《制冷与空调技术（技师）》等著作10余部。担任Food Science of Animal Products科学主编，《制冷学报》《包装工程》《上海海洋大学学报》《肉类研究》编委及Aquaculture & Fisheries副主编、《制冷与空调工程技术》副主编。近几年在国内外核心期刊上发表论文300余篇，其中SCI/EI收录期刊80余篇、获得授权发明专利30余项、实用新型专利30余项，软件著作权10余项；以第一完成人获得上海市技术发明奖一等奖、二等奖、三等奖各1 项，上海市科技进步奖2 项，其他省部级奖项5 项。