将解聚酶嵌入可生物降解塑料中,为开发不依赖外部生物刺激即可自行降解的自生物降解材料提供了一种策略。然而,这类材料的规模化熔融加工受限于酶固有的热不稳定性。本研究报道了一种双重热保护机制:通过将分子限域效应与热绝缘特性集成于亲水性金属氮唑框架(MAF-7)中,使酶在疏水性聚酯熔融加工温度下仍能保持稳定。采用一锅法将蛋白酶K(pro K)封装在MAF-7内,该介孔框架不仅限定了酶的空间位置,还构建了热绝缘微环境。这种保护方式维持了酶的二级和三级结构,使pro K@MAF-7在170℃加热10分钟后仍保留70%的催化活性。MAF-7在疏水性聚乳酸(PLA)熔体中的所保留的孔隙确保了有效保护,经170℃挤出和热压加工的pro K@MAF-7/PLA复合材料展现出显著加速的水解速率,84天后重量损失达70%,在缓冲液中可近乎完全降解。该保护机制同样适用于脂肪酶PS。本研究通过金属有机框架(MOF)辅助的酶限域技术和分子尺度热管理,为制备可熔融加工的自生物降解塑料建立了普适性策略。

Ma Ling, Yang Shu-Ling, Lian Wen-Qian, Wei Xin-Feng, Zhang Kai, Bao Rui-Ying*, Yang Wei*, Encapsulation of enzymes in metal–organic frameworks with dual thermal protection for melt processing of self-biodegradable plastics. Macromolecules 2025, 58, 12271-12282 https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c00584