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．生物體中的酵素脆弱且容易失去活性，而 MOFs 具有序孔隙與溫和包覆等條件，可以在酵素周圍形成穩定的奈米殼層，隔絕熱、酸鹼與溶劑並提供微環境。另外，MOFs 的奈米空間局限也能抑制熱誘導解摺疊，使酵素在極端條件下仍保持活性。
．如何製備 MOFs 成為評估生物分子能否存活的主要因素，例如傳統溶劑熱法需要在高溫下反應，容易使生物分子失去活性；溫和水相法則是在室溫下的水溶液中反應以保留生物活性，但適用的MOFs 種類有限；機械力球磨法以固態反應、低溫與少溶劑突破高溫與難溶問題並降低環境負擔。
．雖然 MOFs 在酵素固定化與藥物傳輸展現潛力，但臨床與產業化仍面臨挑戰，像是生物的安全性與可控降解、BioMOF 製程的放大。不過，協同細菌介導療法的出現，也讓藥物治療有了新的方法。

MOFs 如何從工業材料變成生命的幫手？

金屬有機骨架（metal organic frameworks, MOFs），這類由金屬簇與有機配體透過配位鍵精密組裝而成的多孔晶體材料，以極高的孔隙率、巨大的比表面積，已在全球範圍內的氣體分離、儲存和催化等工業領域取得了劃時代的成就。不過事實上，在過去的 20 年間，MOFs 的研究多集中於純粹的材料化學和能源及催化應用。

隨著材料化學與生物科技的深度交叉發展，科學家們開始提出一個根本性的問題：這種結構高度有序、孔洞尺寸可以精確控制的晶體材料，是否也能夠跨越界限與生物分子結合，在複雜的生物系統中發揮作用？

BioMOF 的問世

正是這個問題的出現，催生了「BioMOF 生物金屬有機骨架」這一全新領域。不過，不同於傳統的工業應用，MOFs 要想成為生命科學的幫手，必須克服兩大核心挑戰：能否在水溶液環境中維持結構穩定，以及能否與脆弱的生物分子溫和共存。

在這眾多 MOFs 材料體系中，只有極少數能通過生物環境的嚴苛考驗。許多 MOFs 在遇到水、高鹽度或 pH 波動等生理條件時，會迅速水解和崩解。因此，研究的突破點聚焦於那些結構穩固的體系。例如，以鋯（Zr）為金屬中心的骨架，便以獨特的化學鍵脫穎而出。鋯離子（Zr⁴⁺）具有高電荷密度，能與多羧酸配體（R-COOH）中的氧原子形成穩固的鍵結，賦予晶體在水溶液、高鹽環境乃至生理條件下仍能保持結構完整的優異特性。這種結構的穩定性，帶領 MOFs 進入了生物醫學的領域。同時，MOFs 透過選擇不同的金屬與有機配體，讓它的孔洞尺寸可以從奈米級別精確調控，使 MOFs 能夠完美匹配蛋白質、酵素，甚至細胞等不同大小生物分子的需求。

所以……MOFs 如何保護生物分子？

在生物體和生物工業中，酵素（酶）是不可或缺的超級幫手。它們就像生命世界的「萬能技工」，能高效地完成特定任務。然而，它們最大的弱點就是非常脆弱，就像冰塊做的工具，一點高溫、強酸或是有機溶劑的干擾，就會讓它們的結構解體，直接罷工或失去活性。一種解決酵素容易瓦解的方法就是生物固定化，簡單來說就是把這些工具裝進一個堅固的保護殼裡，讓它們可以被重複使用且更耐用。MOFs 作為一種新型奈米多孔載體，憑藉著有序的晶體孔隙結構和提供保護性的微環境，讓許多 MOFs 材料生物相容性高且結構穩定，在固定化技術中與未來應用展現出獨特的優勢，以下舉兩個常見的生物固定化方法，這些方法都有一個策略核心，那就是利用 MOFs 的晶體結構將生物分子「鎖定」在一個受保護的空間內。

1. 溫和包覆在溫和包覆相條件下，例如溫和水相及快速機械力球磨法〔註 1〕，使 MOFs 於酵素周圍形成晶體殼層，使酵素成為核心。此方法避免了高溫與溶劑對酵素造成的變性風險，並能形成緻密且具保護性的孔隙外殼，且這個MOFs 殼層提供了一個穩定的微環境，能有效隔絕外界熱衝擊、酸鹼侵蝕及有機溶劑等破壞性影響。而有了這些保護作用，就可以大幅提升酵素的再利用次數與化學穩定性，讓酵素在惡劣環境下仍能維持催化活性。……【更多內容請閱讀科學月刊第673期】

〔註 1〕球磨法是一種以機械能取代溶液反應的合成方式，利用研磨球高速碰撞與剪切，促使反應物在固態或少量溶劑下發生化學反應。此方法具有無需高溫高壓、溶劑用量低與反應快速等優點，常被用於 MOFs 等多孔材料的綠色與規模化合成。