综述：金属有机框架（MOFs）增强生物CO2固定：酶催化和活细胞应用的进展

本综述系统探讨了金属有机框架（MOFs）在生物CO2固定中的创新应用，重点解析其作为CO2捕获剂、酶固定载体（如FDH/FaldDH）、细胞保护层及光敏剂支架的多重功能，为解决CO2溶解度低、酶稳定性差和辅因子（NAD(P)H）再生成本高三大挑战提供新策略。

　　

金属有机框架（MOFs）的结构与合成

MOFs是由金属节点和有机配体通过配位键自组装形成的多孔晶体材料，其高比表面积、可调孔径和功能化特性使其成为生物CO₂固定的理想载体。经典合成方法包括溶剂热法和室温自组装，其中ZIF-8和UiO-66等材料因优异的CO₂吸附能力被广泛应用。

MOFs在酶基CO₂固定中的应用

MOFs通过表面吸附、共价结合和原位封装等方式固定CO₂还原酶（如FDH），显著提升酶的热稳定性和重复使用性。例如，将FDH封装于ZIF-8中可使酶半衰期延长5倍。此外，MOFs可协同固定光敏剂（如卟啉）和电子介体，构建光酶催化系统，实现NAD(P)H的高效再生，将CO₂转化为甲酸效率提升80%。

MOFs与活细胞的协同效应

在微生物电合成中，MOFs通过物理混合或自组装在细胞表面形成保护层，增强蓝藻等光合微生物的环境耐受性。MOFs涂层可浓缩胞外CO₂/HCO₃^?，并释放金属离子（如Mg²⁺）促进卡尔文循环关键酶活性。

挑战与展望

当前MOFs的规模化制备成本和长期稳定性仍是瓶颈。未来需开发低成本合成工艺，并探索MOFs-生物杂化系统在工业废气处理中的潜力。此外，MOFs对微生物代谢通路的调控机制有待深入解析。