基于共价有机框架微胶囊的稳健酶封装策略：新型生物传感平台的构建与应用

酶生物传感器虽具有高特异性和灵敏度，但酶的固有脆弱性限制了其应用。为解决这一问题，研究人员开发了一种通过界面组装疏水性COFs（共价有机框架）构建酶@MCCOFs微胶囊的策略，实现了85.9%的高效封装，并保护酶免受苛刻条件影响。该策略通过Pickering乳液稳定化和COFs再生长强化微胶囊，显著提升了酶的稳定性和催化效率，为构建高性能生物传感器提供了新思路。

　　

酶生物传感器因其高特异性和快速响应在医疗诊断和环境监测中备受青睐，但酶的固有脆弱性使其在复杂环境中难以维持活性。传统酶固定化方法如物理吸附或共价结合往往导致酶活性降低或泄漏，而现有基于金属有机框架（MOFs）或氢键有机框架（HOFs）的封装技术又面临合成条件苛刻、结构稳定性不足等问题。共价有机框架（COFs）因其强共价键和可调孔径被视为理想载体，但如何平衡酶保护与COFs合成条件仍是挑战。

为解决这一难题，研究人员提出了一种基于Pickering乳液界面组装和COFs再生长的微胶囊制备策略。通过将酶限制在接近生理环境的温和水相中，利用疏水性COFs颗粒（水接触角>90°）稳定水/油乳液，随后触发COFs前体界面反应强化微胶囊壳层。该方法不仅实现了85.9%的高封装效率，还通过机械稳定的COFs壳层保护酶免受高温、极端pH和有机溶剂的影响。研究还提出公式精准预测微胶囊尺寸，并构建了基于GOx@MC_Pt-COF-1的双模葡萄糖传感平台，其比色检测限达0.45 μM，电化学检测限为18.71 μM，显著优于传统酶电极。

关键技术包括：1）疏水性COFs的合成与表征；2）Pickering乳液界面组装技术；3）COFs原位再生长强化微胶囊；4）酶活性与稳定性评估；5）双模（比色/电化学）生物传感器构建。

研究结果

1. GOx@MC_COFs的制备与表征：通过SEM和PXRD证实微胶囊具有40 μm均一尺寸和高度结晶性，FT-IR显示酶成功封装，荧光显微镜验证FITC-GOx均匀分布。
2. 尺寸精准调控：通过调节水油比（1.25%-5%）和COFs浓度（0.025%-0.1%），获得14-70 μm可调微胶囊，并推导出理论预测公式。
3. 催化性能评估：GOx@MC_COF-1的催化效率（K_cat/K_m）达32.95×10³ s^-1 mM^-1，是游离酶的2.75倍，且在60°C或极端pH下保留81%活性。
4. 双模生物传感应用：Pt修饰的GOx@MC_Pt-COF-1兼具过氧化物酶活性和电子传递增强效应，比色与电化学检测线性范围分别为10-250 μM和56.89 μM-8 mM。

结论与意义
该研究通过温和的界面组装策略解决了酶与COFs合成条件不兼容的难题，为构建高性能酶生物传感器提供了通用平台。微胶囊的尺寸可控性和COFs预修饰灵活性（如Pt负载）拓展了其在多模态检测中的应用潜力。未来可进一步探索酶@MC_COFs在活体检测和工业化生产中的可行性。论文发表于《Bioactive Materials》，为生物催化与传感领域提供了创新性解决方案。