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【科研进展】"魔(膜)丸(MOFs)"初现世,脱毒显神通

[作者:生化室   来源: 本站原创   发布时间:2019-08-06   ]

近些天的暑期电影市场被一粒“混元珠”分化出来的“灵珠”和“魔丸”搅得天翻地覆,《哪吒之魔童降世》的现象级热映势必在中国动画电影史留下浓墨重彩的一笔。“魔丸”转世小哪吒凭借其时而搞笑时而催泪、时而黑化时而燃爆的特点深深俘获广大观众的心。


与此同时,生化工程国家重点实验室生物膜分离技术与应用课题组研发出了一种“魔(膜)丸”,能够高效对付号称“毒素界申公豹”的超强致癌物--黄曲霉毒素。黄曲霉毒素产生于黄曲霉等真菌,广泛分布于霉变的花生、大豆等作物以及乳制品中,是自然界最强致癌物之一。以毒性最强的黄曲霉毒素B1AFB1)为例,其极高的热稳定性和化学稳定性使得常规的“煎炒烹炸”操作对其无可奈何。当前去除黄曲霉毒素的方法主要包括物理吸附、高级氧化、射线辐照、生物降解等方法。其中生物降解法因其温和和专一性等优势受到广泛关注。然而,毒素降解酶和降解菌等存在对环境敏感、易失活、筛选提纯耗时费力等缺点,仍难以大规模应用。

神奇“魔(膜)丸”的强大之处在于“丸”,这是一类由铁为活性中心的金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)材料。这类MOFs不仅具有一般MOFs活性位点丰富、比表面积大等优点,还有一个突出的特点——仿过氧化物酶特性,即底物可在MOFs存在的条件下被过氧化氢氧化。通常,这一仿酶特性仅被应用于电化学传感领域,而本研究首次发现了仿酶MOFs极佳的真菌毒素去除效果。三种MOFsMIL-100(Fe)MIL-53(Fe)MIL-68(Fe)均具有很好的AFB1去除性能,反应8h即可达到80%甚至是95%以上的去除率。但其中吸附和催化所发挥的毒素去除功效迥然不同。各MOFs催化能力次序为:MIL-53>MIL-100>MIL-68,而吸附能力次序与之相反。经过XPSEDS分析,影响催化能力的主要因素是金属位点密度和金属价态。采用模拟计算分析后发现,影响吸附能力的主要因素是MOFs的窗口尺寸和孔道结构。通过实验还发现在较广的温度和pH范围内,仿酶MOFsAFB1的去除始终保持高效和稳定。

 

神奇“魔(膜)丸”的实用性在于“膜”,这里采用简便的“逆向过滤-仿生封装”法,将MOFs快速固定于聚丙烯腈超滤膜支撑层内。无论是静态吸附还是动态过滤,无论是简单的吸附模式还是协同吸附-催化模式,装载了MOFs的膜均能够保持高度的稳定性。这一方法还具有一定的普适性,适合装载各类尺寸合适的纳米材料。对于脱毒效果,动物实验表明,小鼠经38天毒素灌胃后,两种血清酶指标显著上升,标志着肝细胞的损伤;而小鼠服用了含解毒“丸”的毒素溶液后,其血清酶学指标与空白对照组无显著性差异,这表明该MOFs能够实现真正意义上的脱毒而不是简单的去除。通过对脱毒产物的质谱分析发现,AFB1经过仿酶MOFs的催化氧化,能够发生氧化开环,打断其分子内的毒性片段,实现高效稳定脱毒。

该研究得到国家重点研发计划(2017YFC1600906),国家自然科学基金(No. 21878306)和中国科学院青年促进创新计划(2017069)的资金支持。相关工作于近期发表于ACS Applied Materials & Interfaces, DOI: 10.1021/acsami.9b08011


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