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  以酶為代表的生物大分子在生物制造和生物醫學等諸多領域，具有重要且多樣的功能和應用潛力。然而其通常以混合物的形式存在于天然生物系統中，濃度較低、成分復雜，容易受到操作過程和外界環境的影響。因此，從天然生物系統中高產率、高純度、高活性地提取目標生物大分子（HHH純化）具有很大的挑戰，對高性能分離技術和介質提出了迫切要求。

  南開大學陳瑤課題組創制了基于共價有機框架 (COFs)的“晶態海綿”，直接從天然生物系統（蛋清）中高效提取和生產特定酶。溶菌酶在食品、制藥等領域具有廣泛的應用，該研究將其設定為目標酶。作者設計了溶菌酶相適配（孔道大小、親疏水性、表面電位等）的介孔COFs（TPB-DMTP-COF），通過可控的吸附和洗脫，成功地從雞蛋清中提取了高純度、高穩定性、高活性的溶菌酶（圖1）。通過上述巧妙設計，可便捷地通過調節主客體相互作用獲得優異的吸附選擇性，并實現對特定蛋白的捕獲和釋放。例如，負載在TPB-DMTP-COF的溶菌酶可以通過調節洗脫液的pH實現快速完全釋放�；诒痉椒◤牡扒逯兄苯犹崛〉母呒兌热芫刚宫F出比商業化溶菌酶更高的活性（催化活性提高約3倍），且具有更高的穩定性。值得注意的是，COF海綿表現出優異的重復利用性：經過5次高強度吸附-解析操作，效能無明顯降低。作者通過克級操作可以從雞蛋清中直接制備約0.7 克高純度溶菌酶，實現從天然生物系統直接高效精準制備特定蛋白。

圖1. COF“晶態海綿”從蛋清中提取和制備高純度溶菌酶示意圖。

  作者對比了不同類型的分離介質對溶菌酶的吸附能力，結果表明：TPB-DMTP-COF對溶菌酶的吸附能力（高達0.71g/g）遠高于傳統的多孔材料（大孔樹脂、活性炭、MCM-41）。此外，COFs的種類、親疏水性、孔道大小和孔隙率等因素均會影響其對溶菌酶的吸附能力。通過激光共聚焦共定位進一步確認了TPB-DMTP-COF對溶菌酶優異的負載能力，且蛋白在COFs中具有良好的分散性（圖2）。

  此外，作者進一步分析了溶菌酶自身理化性質（如等電點，pI~11），并以此為出發點設計并研究了不同pH下TPB-DMTP-COF電勢電位的變化規律，基于可逆質子化機理，設計優化了對溶菌酶的捕獲和釋放：當pH高于7時，TPB-DMTP-COF材料和溶菌酶具有相反的電荷，TPB-DMTP-COF與溶菌酶之間的強靜電吸引促進了對溶菌酶的吸附；當pH調整到7以下時，酶與材料之間形成較強的的靜電斥力，實現對溶菌酶的可控釋放（圖3）。

  作者將所設計的TPB-DMTP-COF體系運用于從蛋清類天然生物系統中直接提取目標蛋白。如SDS-PAGE所示，雞蛋清中含有多種不同分子量的蛋白質（圖4a，Lane 1）。TPB-DMTP-COF處理后（圖4a，Lane 2）溶菌酶對應的條帶消失，證明溶菌酶被TPB-DMTP-COF高效選擇性吸附。洗脫液顯示出與溶菌酶對應的單一密集條帶(圖4a，Lane 3)，表明體系對溶菌酶的高效釋放，且所制備溶菌酶具有高純度。此外，與商業溶菌酶相比，所制備的高純度溶菌酶酶活提高到344%，并且對溫度、pH、有機溶劑處理，展現出優異的穩定性。經過5次吸附-解吸循環操作，TPB-DMTP-COF仍可從雞蛋清中高效提取出溶菌酶，表明該新型分離介質具有優良的重復利用性。上述從天然體系中便捷分離目標蛋白的新方法，實現了高產率、高純度、高活性的HHH純化目標。這項研究為高效生物分離的高性能多孔介質設計提供了有價值的指導，并為蛋白類生物大分子的高純度便捷制備提出了創新思路。

  上述成果近期發表在Chem. Eng. J.上，通訊作者是南開大學陳瑤研究員，廣東藥科大學藥學院碩士研究生陳海欣和南開大學藥學院博士生金超楠為共同第一作者。

作者團隊簡介：

  陳瑤，南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室、藥學院研究員，博士生導師。2016年加入南開大學，創建獨立課題組。研究長期聚焦生物大分子劑型工程及相關生物催化、生物分離的應用基礎研究。承擔多項國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃項目子課題和企業合作/委托項目。已發表論文87篇及中英文專著2部，以第一或通訊作者在包括Nat. Rev. Chem.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Chem, Adv. Mater.，Chem. Soc. Rev.，Coord. Chem. Rev.，ACS Central. Sci., ACS Appl. Mater. Inter.，J. Med. Chem. Adv. Healthc. Mater.等高水平學術期刊發表論文43篇（論文篇均影響因子>10），他引超過4000次，8篇論文入選ESI高被引。授權或申請中國發明專利31件、PCT2件、美國發明專利3件；任中國化工學會生物化工專委會常委、中國化工學會女科委首屆委員、中國生物醫藥技術協會生物制藥技術分會委員、天津市化工學會理事等，擔任CCL、Particuology、Biodesign Research等雜志編委；入選天津市高層次人才計劃，并獲得國家優秀青年科學基金。