氢键有机框架(HOFs)具有制备过程简单绿色、生物相容性好等优点，是一种理想的固定化酶载体。然而，目前为止所报道的基于HOFs的固定化酶体系与游离酶相比，表现出较低的酶活回收率；并且还未实现辅因子依赖的多酶级联体系在HOFs中的共固定化。为解决当前HOFs在构建生物催化剂方面的挑战，天津大学孙彦教授团队开发了一种聚电解质辅助的包封策略，可使不同的辅因子依赖的多酶级联体系以较高的负载量与高于100%的级联活性共包封于HOFs中。

以BioHOF-1作为研究的固定化载体（酶活回收率约为24%, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 14298-14305），研究了四种不同氧化还原酶在BioHOF-1中的固定化情况。结果显示，四种固定化酶的活性表现出不同程度地下降（图1a）。通过计算与实验分析得知，HOF中酶活的降低与HOF构建模块与酶分子上的关键残基发生了不利的氢键相互作用并导致酶的构象改变有关（图1b - c）。为此，利用聚电解质（聚烯丙胺盐酸盐，PAH）附着在带有相反电荷的酶分子表面，PAH通过代替酶分子与HOF单体发生氢键作用，从而避免HOFs单体自组装过程中对酶分子的不利影响，从而大幅度提高了HOFs中固定化酶的活性收率（图1a）。此外，与直接共沉淀法相比，PAH辅助四种酶在HOFs中的固定化率也表现出不同程度的提高（图1d）。

与此同时，带有负电荷的辅因子（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸），NAD(P)H）可通过静电作用锚定到PAH分子上，因此可随酶分子一起共包封于HOFs中。这种聚电解质辅助的包封策略已在两种NAD和NADP依赖的多酶级联体系得到证明（图2）。NAD依赖的醇脱氢酶(ADH)-胺脱氢酶(AmDH)级联体系以及NADP依赖的苯丙酮单加氧酶(PAMO)-亚磷酸脱氢酶(PTDH)级联体系在BioHOF-1中均展现出优异的级联活性（图2–图3）。

该聚电解质辅助包封策略的通用性和高效性还在基于HOF-101的生物纳米反应器的构建中得到了进一步验证。这种PAH-HOF还为内部包封的酶分子和辅因子提供了卓越的稳定性以及循环使用性（图4）。因此，该研究为创建各种基于HOF的辅因子依赖的多酶级联纳米反应器开辟了一条新的途径。