Le due principali sfide nella catalisi enzimatica industriale sono il numero limitato di tipi di reazioni chimiche catalizzate da enzimi e l'instabilità degli enzimi in condizioni difficili nella catalisi industriale. Sono urgentemente necessarie sia l'espansione della catalisi enzimatica a un ambito più ampio del substrato che una maggiore varietà di reazioni chimiche e la messa a punto del microambiente circostante le molecole enzimatiche per ottenere elevate prestazioni enzimatiche.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Jun Ge della Tsinghua University, La Cina ha rivisto i propri sforzi utilizzando l'approccio de novo per sintetizzare catalizzatori enzimatici ibridi in grado di affrontare queste due sfide e viene discussa la relazione struttura-funzione per rivelare i principi della progettazione di catalizzatori enzimatici ibridi. I risultati sono stati pubblicati in Giornale cinese di catalisi .

Nel 2012, hanno prima riportato un metodo di coprecipitazione per preparare compositi enzima-inorganico-cristalli. Il metodo di coprecipitazione è generalmente utilizzato per la preparazione di catalizzatori enzimatici ibridi con vari cristalli inorganici, compresi i MOF. Nel 2014, per prima cosa hanno proposto una strategia di coprecipitazione per sintetizzare direttamente MOF incorporati in proteine. La strategia di coprecipitazione per la sintesi di compositi enzima-MOF è ampiamente utilizzata in diversi tipi di MOF, enzimi, proteine, DNA, siRNA, anticorpi, e persino cellule. Sono stati discussi i meccanismi di potenziamento dell'attività e della stabilità degli enzimi nell'ambiente confinato dei MOF. In aggiunta a questo, hanno costruito compositi multienzima-MOF per migliorare la reazione a cascata in un'impalcatura confinata e hanno sviluppato una struttura a grana grossa, modello particellare per comprendere l'origine del potenziamento dell'attività.

L'attività apparente degli enzimi nei MOF con una dimensione dei pori limitata è solitamente compromessa quando il substrato enzimatico ha un peso molecolare relativamente elevato. Introducendo difetti all'interno della matrice MOF per generare pori più grandi, le restrizioni alla diffusione possono essere attenuate. Perciò, hanno sviluppato metodi per introdurre difetti nei MOF durante la coprecipitazione. Regolazione della concentrazione dei precursori dei MOF, MOF difettosi e persino amorfi possono essere sintetizzati. Questi difetti hanno creato mesopori nei compositi, ha facilitato l'accesso dei substrati agli enzimi incapsulati e migliorato l'apparente attività enzimatica. Il meccanismo di generazione dei difetti è stato studiato e compreso a fondo.

Inoltre, invece dell'incapsulamento enzimatico, piccoli cristalli inorganici possono crescere in situ in un ambiente confinato sulla superficie di un enzima per combinare catalisi enzimatica e chemiocatalisi. Hanno dimostrato come costruire un catalizzatore ibrido enzima-metallo per combinare in modo efficiente la catalisi enzimatica e la catalisi a grappolo di metalli. I singoli coniugati lipasi-polimero come nanoreattori confinati sono stati utilizzati per la generazione in situ di nanoparticelle/cluster di Pd per ottenere la risoluzione cinetica dinamica chemioenzimatica (DKR) delle ammine. È stata osservata la distinta attività dipendente dalle dimensioni delle nanoparticelle di Pd. Esperimenti e simulazioni hanno suggerito che l'ingegnerizzazione dello stato di ossidazione del Pd gioca un ruolo importante nell'attività del Pd nel catalizzatore ibrido. Questa strategia per la costruzione di catalizzatori ibridi enzima-metallo con eccellente compatibilità tra attività enzimatiche e metallo-catalitiche porta a molte potenziali applicazioni nell'industria chimica.