【記者呂詠倢報導】金屬有機框架（Metal Organic Frameworks, MOFs）是化學界近年來炙手可熱的研究領域，在工商業應用上具高度潛力。國立中央大學化學系教授謝發坤團隊，在生物醫學範疇的MOFs研究中成功開發「水相固相結晶」技術，可藉溫和製程將酵素封裝至MOFs中，該成果同步登上頂尖期刊《德國應用化學》封面。

MOFs是一種微小的奈米級架構，它們由金屬原子作為節點，再透過有機物質作為分子連接臂，將眾多原子串接而成，形成內含規則孔洞的網狀「奈米海綿」框架。其中，分子連接臂的成分、長度與柔軟度會影響孔洞的大小與形狀，因此研究團隊可像組裝樂高般精準調控其特性，將酵素儲存至孔洞內，再運用其傳輸特性釋放至人體內。然而，多數金屬材料的合成仰賴高溫、強酸等嚴苛條件，容易導致MOFs孔洞中封裝的脆弱生物分子喪失活性。

為克服此類困境，謝發坤過往曾研發出溫和的「一鍋合成法」，讓鋅原子或其他較柔軟的金屬，在逼近常溫常壓的水溶液中與有機分子組成MOFs，這種被稱為「水相結晶」的做法成功後，團隊也繼續嘗試合成更堅固的高級金屬——鋯。

謝發坤說明，由於鋯起初在水中形成的結晶構造相當混亂，難以合成MOFs，因此團隊利用「交換作用」，找來可在水中溶解的有機分子「甲酸」與「富馬酸」，先將甲酸作為調控劑與鋯原子結合，輔助彼此有序排列，形成穩定、可發展的晶核，接著在適切的時間點讓富馬酸介入晶體架構，取代調控劑的位置，接續發展晶體並逐漸形成完整MOFs。參與研究的央大化學系主任蔡惠旭以參與演唱會的經驗比喻此過程，「就像混亂場館中有人先有序佔位，等真正觀眾到來後再讓位，一來一往就能形成整齊排列。」

而富馬酸之所以能在關鍵時刻介入，得益於央大化學系碩士生陳以芹執行的酸鹼模型理論計算，他透過模擬不同酸鹼度模型下MOFs的成長情況，推估材料的協調反應與速率，「在特定的溫度與酸鹼度條件下，甲酸如果接受到足夠多的氫離子就會脫離金屬原子。」

水相固相結晶技術的另一大創新點，在於顛覆傳統MOFs封裝酵素的先後順序。謝發坤解釋，傳統作法是先合成MOFs再讓酵素進入孔洞，但反覆的開關過程容易導致酵素流失，降低封裝效率；或因外部進出口狹小，導致結構較大的酵素難以穿過，限制組合的多元性，「所以我們改在合成MOFs時就把酵素包覆進去，做到一體成型，大大地避免了散溢的現象。」

未來鋯基MOFs若可藉此發揮蛋白質藥物傳輸的潛力，將有望開創新一代生物醫學應用。謝發坤點出市面上常見的酵素，多數會被胃酸消解，效果不彰，「但是鋯基MOFs只怕鹼、不怕酸，我們的技術也給了它一層奈米保護殼，能讓它順利進到鹼性的小腸環境才崩解。」對此，中央研究院化學研究所副所長江明錫點出MOFs具備精準的定點藥物投放能力，而這也是當今製藥業的開發方向，「能在最低劑量下達成最有效的治療，就可以減少沒必要的成本浪費和人體健康耗損。」

目前全球僅有五至六組團隊深耕生物醫學面的MOFs應用，謝發坤團隊所研發的水相固相結晶技術更是世界首創。他期待未來能藉鋯基MOFs創造更多經濟產值，甚至是在政治敏感局勢下掌握稀土回收的能力，進一步展現國際獎項所重視的創新性與影響力。