综述：MOF-生物界面的形成与应用！

了解仿生学的人大抵都知道，自然界中的许多生命体中都具有制备结构和形貌精确可控的无机纳米材料的能力，这一特性我们称之为生物矿化。如何深入地理解生物-无机界面作用，指导制备具有独特功能的新材料，是科学家孜孜以求的目标。

MOF作为一种晶态多孔材料，越来越多地与生物分子发生联系，在生物药物的输送、生物传感、生物催化等等领域表现出巨大的应用前景。

 

有鉴于此，Christian Doonan等人就MOF-生物界面进行深入研究，并对其制备、重大进展以及机遇与挑战进行了系统梳理。

图1. MOF-生物复合材料的三大形成体系

 

一般来说，MOF-生物复合材料的制备有以下三种方法:

1) 偶联；

       生物大分子偶联到MOF表面，主要通过2种策略：一是生物大分子共价连接MOF表面；二是生物大分子通过氢键、范德华力或者静电作用吸附在MOF表面。

图2. 生物大分子偶联到MOF表面

 

2）渗透；

       MOF具有功能性的孔道，可以将气体分子或者纳米颗粒限制在孔道内i，实现特殊的功能。但是，生物大分子尺寸较大，如何将生物大分子嵌入孔道内，具有很大的挑战性。唯一的办法就是：制备更多的大孔MOF，譬如MIL100，NU-100x等。

图3. 生物大分子渗透到MOF孔道

 

3）包裹

       将生物大分子包裹在空心球形MOF结构中，需要MOF具备微胶囊的结构模式，这往往需要使用硬模板或软模板来实现。当然，也有一些不需要模板的一步法在不断涌现。

图4. 软模板法实现MOF包裹生物大分子

图5. 生物矿化实现MOF包裹生物大分子

 

仿生矿化的MOF/生物复合材料，综合了MOF材料孔道尺寸精确可控，表面丰富功能化修饰的优点，以及生物大分子的药物性或者光学等等性能。在无机-有机界面神秘的协同作用下，表现出巨大的应用前景。

图6. 生物矿化的MOF/生物复合材料的应用前景

 

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Christian Doonan,*Raffaele Ricco,̀ Kang Liang,Darren Bradshaw,* and aolo Falcaro*. Metal−Organic Frameworks at the Biointerface: Synthetic Strategies and Applications. Acc. Chem. Res. 2017.