编辑推荐：
为解决漆酶（Laccase）在极端条件下不稳定、难回收等问题，研究人员开展 Cu 基金属有机框架（Cu-MOF）固定新型漆酶LfLAC3 的研究。发现固定化酶催化活性提升 62.6 倍，60℃半衰期延长超 3 倍，可重复使用超 10 次，为染料废水处理提供新策略。
纺织工业排放的废水中含有大量合成染料，这些染料水溶性强、难以被微生物降解，传统处理方法效果有限。开发高效、环保的染料降解技术成为亟待解决的环境难题。漆酶作为一种铜依赖的氧化酶，能催化氧化多种底物并将分子氧转化为水，在染料脱色中展现出潜力，但其在高温、极端 pH 等工业废水环境中易失活，且游离酶难以回收利用，限制了实际应用。将酶固定在纳米材料上是解决这些问题的重要途径，金属有机框架（MOF）因具有高比表面积、多孔结构和良好的稳定性，成为理想的酶固定载体。
为探索 MOF 与漆酶的协同作用，研究人员开展了相关研究。通过实验，得出了一系列有价值的结论，为染料废水的处理提供了新的思路和方法。该研究成果发表在《Biochemical Engineering Journal》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是蛋白表达与纯化技术，将Lysinibacillus fusiformis来源的漆酶基因LfLAC3 插入质粒 pET-21b，转化至E. coli Rosetta 中进行表达并纯化；二是 MOF 的合成与酶固定化技术，以 2 - 甲基咪唑为有机配体，分别与 Cu2+、Mn2+、Zn2+合成不同金属中心的 MOF，通过混合孵育将LfLAC3 固定在 MOF 上；三是酶活性与稳定性测定，利用 ABTS 法测定酶活性，通过不同温度、pH 条件下的孵育实验评估酶的稳定性；四是染料脱色与毒性评估，考察固定化酶对多种商业染料的脱色效率，并通过细菌毒性实验验证处理后染料的毒性变化；五是结构表征技术，运用 SEM-EDS、PXRD、FTIR 等手段对 MOF 及固定化酶复合材料的结构进行表征。
3.1 金属离子对LfLAC3 活性的影响
通过 ABTS 法评估多种金属离子对LfLAC3 活性的影响，发现 Cu2+和 Mn2+可提高酶活性，Fe2+几乎完全抑制活性，Co2+、Zn2+等对活性有不同程度影响。基于此，选择 Cu2+、Mn2+、Zn2+作为 MOF 的金属中心。
3.2 MOFs-LfLAC3 复合材料的合成与催化活性
合成 Cu、Mn、Zn 三种金属中心的 MOF 并固定LfLAC3，发现 MOF@Cu-LfLAC3 对 ABTS 的催化活性较游离酶提升 62.6 倍，对孔雀石绿（MG）的脱色效率是游离酶的 4 倍，表明 Cu-MOF 与漆酶的协同作用显著增强催化性能。
3.3 MOF@Cu 及 MOF@Cu-LfLAC3 的表征
SEM-EDS 显示 MOF@Cu 为不规则球形纳米颗粒，固定化后酶分子通过 MOF@Cu 连接成聚集体，且 Cu 元素均匀分布；PXRD 证实 MOF@Cu 的高结晶性，固定化后晶体结构保持稳定；FTIR 表明酶通过共价键结合到 MOF@Cu 上，成功形成复合材料。
3.4 MOF@Cu-LfLAC3 的性能
- 温度与 pH 特性：游离酶最适温度为 70℃，固定化酶最适温度提升至更高范围，且在 40℃时残留活性显著高于游离酶；最适 pH 从 3.75 略微偏移至 4.75。
- 稳定性：60℃下固定化酶半衰期为 48.5 h，是游离酶（15.9 h）的 3 倍以上；pH 3.0 条件下，固定化酶孵育 33 h 后仍保留 40% 活性，稳定性显著提升。
- 可重复使用性：在 30℃和 60℃下，固定化酶重复使用 10 次后，对 MG 的去除率均保持在 80% 以上，显示出良好的可重复使用性。
3.5 商业染料的脱色
在 60℃下，游离酶在 ABTS 介导下对 MG 的脱色效率达 99%，固定化酶对多数测试染料（如活性黑 5、溴酚蓝等）的脱色效率更高，其中 5 种染料完全脱色，表明固定化酶在高温下对多种染料具有高效脱色能力。
3.6 MG 的解毒
毒性实验表明，未经处理的 MG 对Pseudomonas putida和Enterococcus mundtii有强烈毒性，经固定化酶处理后的 MG 毒性显著降低，细菌生长和菌落形成单位（CFU）接近对照组，证实固定化酶处理可有效降低染料毒性。
研究结论表明，Cu-MOF 与漆酶LfLAC3 的协同作用显著提升了酶的催化活性、稳定性和可重复使用性，为染料废水的高效处理提供了一种新颖且有效的策略。固定化酶不仅能高效脱色多种商业染料，还能降低染料毒性，具有重要的环境应用价值。该研究为 MOF 与金属酶的协同催化提供了新范例，有望推动纳米材料与天然酶在环境修复领域的结合与应用，为解决工业废水污染问题开辟新路径。
