2025年10月8日，瑞典皇家科学院宣布将本年度诺贝尔化学奖授予在金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）领域做出开创性贡献的三位科学家：北川进（Susumu Kitagawa）、理查德·罗布森（Richard Robson）以及奥马尔·M·亚吉（Omar M. Yaghi）。
图.2025诺贝尔化学奖 ©Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院
诺贝尔化学委员会主席 Heiner Linke 在新闻发布会上表示，金属有机框架材料具有巨大潜力，为定制设计具有全新功能的材料带来了前所未有的机遇。
事实上，MOFs的意义不仅在于结构的突破，更在于它为材料功能化打开了新的想象空间。
在这一方向上，合成纪元的创始人——清华大学化学工程系戈钧教授，是国际上最早提出并实现利用MOFs进行酶原位封装的科学家之一，并在这一领域持续深耕近二十年。这一方法如今已被全球400多个课题组/团队采用，相关代表论文累计被引次数超过9000次，是酶-MOF复合物领域的重要里程碑。
图. 戈钧教授与酶-MOF复合物领域相关代表论文
基于这一技术体系，合成纪元建立了国际领先的酶元件智能设计与封装平台CatalEditor®，覆盖了从酶功能设计到适用性改造的全过程，突破了天然酶的功能极限，显著提升了酶在复杂工业环境中的稳定性与重复使用性，让生物催化具备了更多产业化应用的可能。
如今，我们正将这一诺奖级技术成果拓展至纺织功能材料、碳捕集、塑料降解等前沿方向，让前沿科学的能量在产业体系中持续释放，推动绿色制造走向新的阶段。
MOFs × 酶：当结构遇见生命
金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs），是一类由金属中心和有机配体构成的具有周期性网络结构的多孔材料，拥有极高的比表面积和可设计的孔道结构，是一种“分子级积木”。这种材料不仅能高效封装、捕获、筛分或储存分子，还能通过结构调控赋予材料特定功能，是最具可塑性的体系之一。
图. 四种MOFs晶体结构，黄色为空腔（Chem 2017, 2, 52）
如果说MOFs代表着人类设计材料的极限理性，那么酶象征着大自然的极致智慧。酶是经过上亿年演化筛选的分子机器，以极高的效率和精准的选择性催化反应，承担着几乎所有生命体系中的化学反应，是真正意义上的绿色催化芯片。
图. 酶广泛存在于人体、动物、植物和微生物的细胞中
然而，天然酶也如同精密的艺术品：功能强大，却极其脆弱。它们的三维结构极易受到温度、pH、溶剂等环境条件的影响而失活，同时对许多非天然底物或反应体系缺乏催化能力。这使得酶在广泛工业场景中的大规模应用长期受到限制。
图. 天然酶在温和的细胞环境里
正因如此，当MOFs遇上酶，“结构”与“生命”才真正实现了融合。合成纪元创始人戈钧教授在国际上首创了MOFs原位封装酶的方法，使MOFs像“分子笼子”一样精准包裹酶分子，为其提供稳定且可呼吸的微环境。这一突破使酶的活性得以长期保持，同时获得了抗高温、耐有机溶剂等新特性，这奠定了酶-MOF复合材料的基础，也为生物催化的工业化打开了新的可能。
图. 酶-MOF复合材料原位封装过程示意图
从科学挑战到工程化突破：CatalEditor®平台的诞生
酶-MOF复合体系的设计与实现，是跨学科材料领域中公认的高复杂度课题。要让“生命分子”与“结构材料”真正协同工作，需要在分子层面上实现酶与载体之间的精准匹配，保持其构象与活性稳定；同时在宏观层面提升体系在高温、极端pH、有机溶剂等工业条件下的耐受性与循环使用能力。整个过程涵盖酶工程、材料科学、界面物理化学与催化科学等多个领域，对研究团队的系统理解和多学科协作提出了较高要求。
合成纪元团队在这一方向上持续探索近二十年，积累了大量实验样本与数据，逐步建立起酶-载体适配数据库和实验反馈体系。在此基础上，我们开发了酶元件智能设计与封装平台 CatalEditor®，通过人工智能算法与实验数据的结合，提升酶与材料匹配的效率与准确性，缩短研发周期，改变了传统材料筛选依赖经验和重复试验的局面。
图. 酶元件智能设计与封装平台 CatalEditor®
在工程化环节，团队也积累了多种酶-纳米材料的合成与放大经验，逐步完善从实验室研发到中试及百吨级生产的工艺链条，具备稳定性验证和成本控制的实施能力。
图. 酶元件智能设计与封装平台 CatalEditor®
如今，从底层数据与算法模型，到材料合成路径与规模化制造，CatalEditor®已形成高度一体化的技术框架。这一体系为酶-MOF复合材料的产业化提供了坚实的基础，也为未来更广泛的应用场景奠定了可持续的技术支撑。
材料创新创造产业价值：酶-MOF技术的落地实践
基于CatalEditor®平台的酶-MOF复合技术，合成纪元正在推动多条应用方向的研发与产业化落地。目前，公司已在纺织功能材料、碳捕集、塑料降解等实际领域中验证了酶-MOF体系的工程可行性与经济潜力。与此同时，这一技术体系正展现出更广阔的延展能力——从化学制造到环境治理、从新型能源到材料循环，酶-MOF复合催化有望成为连接生物技术与工业体系的重要桥梁。
01 纺织功能材料
基于酶-MOF的除味与温控体系
随着户外运动与健康生活消费的兴起，全球市场对“可净化、可呼吸、可调温”的功能纺织品需求快速增长。纺织工业正从传统的材料制造，迈向以功能为导向的工程化设计，其中除味与温控成为核心创新方向。然而，现有除味技术多依赖化学吸附或香料掩盖，难以从源头去除异味；服饰制冷技术多采用凉感助剂，存在凉感仅瞬时有效、散热效率有限、加工过程能耗高、可持续性与安全性不足等问题。
针对上述痛点，合成纪元基于酶-MOF复合技术开发了一系列新型纺织功能助剂。松风净®除味制剂结合了可催化抑菌的生物酶与可吸附分解气味的MOFs结构，能够从源头抑制细菌代谢并分解异味残留，实现“源头抑制+末端分解”的高效除味。
与此同时，团队利用酶-MOF材料构建了仿生制冷助剂原型，可在日照条件下长效降低穿着服装的体表温度，为户外与日常穿着提供舒适的控温方案。
合成纪元率先将酶-MOF这一前沿复合体系应用于纺织领域，使纺织材料具备可设计的多重功能，推动功能服饰从“被动防护”走向“主动调节”。未来，酶-MOF体系仍具备持续拓展的潜力，有望催生更多新型功能，加速纺织行业在健康、舒适与可持续方向的创新升级。
02 碳捕集
以酶-MOF赋能的低能耗解决方案
气候变化与温室气体排放已成为全球性挑战。根据国际能源署（IEA）与联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的评估，若要在本世纪中叶实现全球净零排放，二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）是不可或缺的技术路径之一。中国在“双碳”目标的指引下，也将CCUS列入“十四五”、“十五五”规划中支撑产业低碳转型的重要方向。然而，传统方法普遍存在能耗高、成本高等问题，限制了其在高排放行业的推广与经济性。
为应对这一瓶颈，合成纪元开发了Framease®碳捕集酶制剂。该体系以酶催化CO₂吸收与解吸过程为核心，结合精准设计的MOFs封装技术，使酶分子在高温、强碱等极端工况下依然保持结构稳定与催化活性，显著提升了体系的耐久性与运行效率。Framease®可直接集成于现有碳捕集工艺中，通过降低捕集过程的能耗，实现整体系统的能效优化。
凭借这一特性，Framease®为火电、钢铁、水泥、石化等高碳排行业提供了低能耗、可持续的碳捕集解决方案，并为捕集后的CO₂高值化利用奠定了生物催化基础。
03 塑料降解
酶-MOF直接嵌入的生物降解体系
塑料污染是全球环境治理面临的长期挑战。根据联合国环境规划署（UNEP）2025年发布的报告，自20世纪50年代以来，人类已生产约92亿吨塑料，其中约有70亿吨最终成为废弃物，大部分进入填埋场或自然环境，造成持续的生态负担。传统化学降解与热裂解方法虽然能够分解部分塑料，但过程能耗高、副产复杂、选择性差，难以满足绿色循环的要求。
针对这一问题，合成纪元开发了Encapase®塑料降解酶制剂。该产品将高效塑料降解酶原位封装于MOFs骨架中，构建出兼具结构稳定性与高催化活性的复合载体，使酶分子在高温、界面剪切及高分子环境下仍能保持长期活性与结构完整性。
Encapase®可直接嵌入聚酯类塑料体系，在温和条件下实现聚合物链的定向断裂与降解，从而降低堆肥处理的能耗与周期，提高整体运维效率。在实验室及中试阶段，该体系已验证对多种聚酯材料的高效分解能力，展示出良好的可扩展性与经济性。
这一方向为塑料废弃物的循环利用提供了新的生物催化路径，也为可降解塑料的产业化应用奠定了技术基础，助力可降解塑料成为更经济的绿色材料。
让科学成为可持续的生产力
金属有机框架材料（MOFs）获得2025年诺贝尔化学奖，标志着“结构可设计”的材料时代正式到来。这种具有高度可控结构的多孔材料，不仅重塑了催化、能源与环境领域的研究格局，也为生命分子的精确调控打开了新的可能——在MOFs的微环境中，酶能够突破传统条件限制，在更复杂的体系中保持活性与稳定性，使生物催化真正具备进入复杂工业体系的可能。
图. 合成纪元公司照片
合成纪元以酶-MOF复合体系为核心，构建了从酶元件智能设计、材料封装到工程化应用的完整技术路径。
目前，我们已在纺织功能材料、碳捕集、塑料降解等领域实现商业化或应用示范，并验证了技术在能效、稳定性与经济性方面的综合优势。与此同时，随着平台算法与数据体系的不断完善，酶-MOF技术正展现出更广阔的延展空间——从化学制造到环境治理，从新型能源到材料循环，“酶 × 材料”的融合正在成为连接生命科学与工业体系的新范式。
合成纪元将继续以研发为驱动，以产业为目标，探索更多“酶 × 材料”的可能性，让科学真正成为推动未来可持续发展的生产力。
参考资料及图片来源：
- https://mp.weixin.qq.com/s/-O_6zvBOQ4N_NX4dHrF6LQ
- https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2025/summary/
- https://doi.org/10.1016/j.chempr.2016.12.002
- https://www.unep.org/news-and-stories/story/answering-10-pressing-questions-about-plastic-pollution
- https://unsplash.com/
- https://www.chemeng.tsinghua.edu.cn/info/1149/2586.htm
- https://scholar.google.com/citations?user=eBj6xSYAAAAJ&hl=en
