《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Bioactive Fusion: The Evolution of Metal-Organic Framework/Keratin Composites in Unveiling the Biomedical Applications
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MOF/keratin复合材料通过整合MOFs的高孔隙率和可调结构，以及角蛋白的生物相容性和降解性，在药物递送、癌症治疗和再生医学中展现出潜力，但需解决规模化制备、长期稳定性及毒性评估等挑战。
希娜塔·萨吉德（Hinata Sajid）|舒迈拉·比比（Shumaila Bibi）|纳西姆·艾哈迈德·汗（Naseem Ahmad Khan）|穆罕默德·艾哈迈德·瓦图（Muhammad Ahmad Wattoo）|阿卜杜勒阿齐兹·B·阿尔哈比（Abdulaziz B. Alharbi）|穆罕默德·扎希德·库雷希（Muhammad Zahid Qureshi）|埃曼·拉马丹·埃尔沙尔卡维（Eman Ramadan Elsharkawy）|阿齐兹·乌尔·雷曼（Aziz ur Rehman）
伊斯兰大学巴哈瓦尔普尔分校化学研究所，巴基斯坦巴哈瓦尔普尔63100
摘要
金属有机框架（MOFs）凭借其高孔隙率、可调结构和多功能性，已成为生物医学科学领域的重要研究方向。角蛋白是一种天然生物聚合物，富含含硫氨基酸，具有机械稳定性、内在生物活性和优异的生物相容性。将MOFs与角蛋白结合，可以制备出兼具MOFs结构可调性和角蛋白生物功能的复合材料，为生物医学和分析应用带来巨大潜力。本文系统分析了MOF/角蛋白复合材料制备过程中的设计原理、结构特征和合成策略（包括原位和体外方法），并讨论了表面化学性质、孔隙率、稳定性及生物降解性等关键物理化学参数对材料生物性能的影响。同时总结了这些复合材料在癌症治疗、再生医学及生物活性化合物分析检测中的应用。尽管已取得显著进展，但可扩展的制备技术、长期稳定性保障以及全面的毒性评估仍是实现临床应用的障碍。未来研究应聚焦于环保且成本效益高的合成方法、先进的多功能设计以及系统的体内评估，以推动MOF/角蛋白复合材料从实验室研究向实际应用的转化。
引言
全球健康面临细菌感染和各种癌症的威胁。为应对日益增多的疾病，人们设计了众多创新药物和药物输送技术[1][2]。改善人类健康并延长预期寿命需要开发化学制剂和生物活性复合材料。这些复合材料在心血管疾病、肾脏疾病、微生物感染以及癌症和糖尿病等严重疾病的治疗中展现出良好效果。然而，它们也存在一些缺点，如生物利用度低、溶解性差、系统吸收不足和非选择性分布，这些因素限制了其在生物医学中的应用，可能导致药物突然释放、心脏毒性及健康组织损伤[3]。近年来，研究人员开发了多种止血材料和载体，包括聚合物纳米颗粒、纱布、水凝胶、脂质体、微海绵、金属氧化物、纳米海绵、树状大分子、多孔固体（如沸石）、明胶基海绵和壳聚糖基粉末[4]。如今，多孔材料（MOFs、沸石、介孔二氧化硅）和天然聚合物（角蛋白、纤维素、壳聚糖）因低毒性、可生物降解性和生物相容性而被广泛应用于药物输送、植入式医疗设备和组织工程[5][6]。MOFs不仅在药物输送方面表现出色，还在免疫治疗、生物分子鉴定和疾病检测等医疗应用中发挥作用。由于其适应性，MOFs能够构建复杂的三维网络结构，容纳多种分子（包括基于RNA的治疗药物、DNA探针和药品[7]）。2008年，MOFs首次被用作药物输送系统（DDS），后续研究通过改进策略来防止药物泄漏[8][9]。近年来，许多MOFs被开发用于癌症治疗[10]，但由于生物相容性不足，其临床应用仍面临挑战[11]。为提高MOFs的生物相容性和血液稳定性及药物释放控制能力，可对其表面进行涂层处理[12]。角蛋白在正常生理环境中稳定且可生物降解，适合作为MOFs的外壳[13][14]，从而提升其血管稳定性及生物相容性[14]。通过将MOFs与角蛋白结合，可开发出新一代复合材料，利用两种成分的独特特性（如不同的孔径大小和可调活性），拓展其在伤口愈合和组织工程等领域的应用。这种协同效应还增强了材料的机械强度、可调孔隙率、生物相容性和抗菌性能，使其在生物医学领域更具吸引力[15][16]。
近年来，许多原创研究论文报道了MOF/角蛋白复合材料的合成、表征及生物医学应用。然而，相关数据分散且有限，不利于研究人员全面理解这一领域。据我们所知，这是首篇专门探讨MOF/角蛋白复合材料的综述文章，旨在呈现该领域的整体情况、成果、不足及未来发展方向。今年已有许多关于MOF/角蛋白复合材料的研究和讨论，部分研究者专注于其在药物输送、癌症治疗和伤口愈合等领域的应用。本文旨在概述MOFs和角蛋白的发展历程、结构特征、合成方法及所得材料，具体目标包括：(i) 描述MOF/角蛋白复合材料的研发策略；(ii) 批判性回顾现有生物医学应用；(iii) 指出关键挑战与限制；(iv) 展示将其推向临床应用的潜力。
金属有机框架
金属有机框架由金属单元和有机连接剂组成，如图1a所示。它们通常被称为多孔配位网络（PCNs）或多孔配位聚合物（PCPs）。节点中最常用的元素是过渡金属（如Zn、Cu、Fe、Cr、Co、Ni、V、Sc、Y），但也包括碱土金属（如Mg、Ca、Sr、Ba、Ra）、主族金属（如Sn或Al）及稀土金属（如镧系元素）[
角蛋白
最新研究表明，角蛋白是一种天然存在的物质，具有可控的生物降解性和优异的生物相容性[115]。角蛋白属于纤维结构蛋白（scleroproteins）家族[116]，是自然界中第三大常见聚合物（仅次于壳聚糖和纤维素[117]）。根据阿什比（Ashby）的硬度等级，角蛋白属于最硬的生物材料之一，其模量较高，完全由聚合物组成[
MOF/角蛋白复合材料
角蛋白（存在于头发、羊毛、羽毛等中）是一种高度交联的蛋白质，含有丰富的功能基团：肽链包含羧基（-COOH）、氨基（-NH2）和羟基（-OH），半胱氨酸残基则形成硫醇/二硫化物[185]。这些基团可通过多种途径与金属有机框架（MOFs）相互作用。角蛋白的-SH、-NH2和-COOH基团可与MOFs的金属中心配位，极性残基可形成氢键
挑战与未来展望
尽管MOF/角蛋白复合材料在生物医学应用方面取得了显著进展，但仍存在诸多挑战。主要问题在于角蛋白的天然异质性，其性质受分子构象（α-或β-角蛋白）、来源和提取方法的影响而大相径庭。这种异质性会导致界面相互作用不均匀和重复性差
结论
本文综述了MOF/角蛋白复合材料在生物医学应用方面的最新研究进展。MOFs具有高孔隙率、可调结构和较大表面积，而角蛋白则具备优异的生物相容性、可生物降解性和内在生物活性。MOFs能够精确控制药物封装、实现持续释放并对外部刺激作出响应；角蛋白则提供天然的蛋白质基质，具有细胞黏附性
伦理声明：
不适用
资助
作者感谢沙特阿拉伯北方边境大学（Northern Border University）通过项目编号（NBU-CRP-2026-249）对本研究的支持。
作者贡献
希娜塔·萨吉德（Hinata Sajid）：撰写初稿、概念构思、可视化设计
舒迈拉·比比（Shumaila Bibi）：撰写初稿、实验研究、数据验证
纳西姆·艾哈迈德·汗（Naseem Ahmad Khan）：撰写、审稿与编辑
穆罕默德·艾哈迈德·瓦图（Muhammad Ahmad Wattoo）：数据可视化与实验研究
阿卜杜勒阿齐兹·B·阿尔哈比（Abdulaziz B. Alharbi）：实验研究及数据验证
穆罕默德·扎希德·库雷希（Muhammad Zahid Qureshi）：资源协调、数据可视化
埃曼·拉马丹·埃尔沙尔卡维（Eman Ramadan Elsharkawy）：撰写与编辑、资源协调、资金申请
阿齐兹·乌尔·雷曼（Aziz ur Rehman）：概念构思、编辑与监督
所有作者共同完成
利益冲突
作者声明无利益冲突。
数据可用性
本文为综述文章，未生成或分析新的数据。所有数据均来源于已发表的文献，并在文中按规范进行了引用。
CRediT作者贡献声明
希娜塔·萨吉德（Hinata Sajid）：撰写初稿、概念构思
埃曼·拉马丹·埃尔沙尔卡维（Eman Ramadan Elsharkawy）：数据验证、可视化设计、审稿与编辑
阿卜杜勒阿齐兹·阿尔哈比（Abdulaziz Alharbi）：审稿与编辑
穆罕默德·艾哈迈德·瓦图（Muhammad Ahmad Wattoo）：数据验证
纳西姆·汗（Naseem Khan）：数据可视化
舒迈拉·比比（Shumaila Bibi）：撰写初稿、概念构思
阿齐兹·雷曼（Aziz Rehman）：监督指导、概念构思
穆罕默德·库雷希（Muhammad Qureshi）：资源协调
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢伊斯兰大学巴哈瓦尔普尔分校化学研究所提供的实验支持和资源。同时感谢沙特阿拉伯北方边境大学通过项目编号（NBU-CRP-2026-249）对本研究的资助。
