[发明专利]金属有机骨架UiO‑66应用于光电传感器检测蛋白激酶活性

说明书

技术领域：

本发明涉及光电化学传感器领域，尤其涉及金属有机骨架UiO-66应用于光电传感器检测蛋白激酶活性。

背景技术：

激酶(PKA)调节的蛋白磷酸化在新陈代谢和细胞传导通路中起着重要的作用。蛋白激酶的过表达会引起多种疾病比如肿瘤、糖尿病、阿尔兹海默症等。在生物化学领域中，对激酶活性及其抑制剂的检测能够阐述信号传导的分子机制，在临床医学及载药领域，对早期发现激酶表达活性异常也有利于疾病的预防和治疗。

然而，现有的生物传感器中的工作电极主要为玻碳电极或金电极，其中，玻碳电极不能直接进行物理方法或者化学方法固载酶，只能通过在玻碳电极表面进行其他处理，例如化学交联或者溶胶凝胶使得玻碳电极表面固载少量酶。由于玻碳电极的固载酶量低，使得其灵敏度未能达到理想水平。而金电极通常只对含有或者修饰有特定基团比如巯基的酶进行固载，有一定的局限性。此外，玻碳电极及金电极在使用之前都要打磨抛光及活化处理，过程比较繁琐。因此，提供一种酶固载量高、分析灵敏度高且简单快速的工作电极具有重要的现实意义。

金属有机骨架MOFs是无机金属中心(金属离子或金属簇)与有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料，具有高孔隙率、可调节孔径大小、易于功能化与修饰等优点。MOFs已被开发应用于气体选择与吸附，催化、药物传递以及生物分子检测等领域。其中，在生物分子检测领域，MOFs在荧光生物传感器、电化学传感器等方面研究较多，在光电生物传感器领域研究甚少。

中国专利(CN105021575A)公开了一种基于局域表面等离子体共振检测激酶活性的光电传感器。通过含有贵金属纳米粒子及光敏剂三联吡啶钌的DNA探针发生局域表面等离子体共振效应，使得其更多的电子跃迁到半导体金属氧化物导带上从而产生光电流，实现了激酶活性的检测。但该设计中采用DNA探针和纳米贵金属粒子作为主要器件，导致成本较高，推广难度大；同时，其DNA链与磷酸化肯普肽仅通过金属离子连接，结合强度差，并且DNA为生物分子，对环境比较敏感，导致在极端条件下使用时，该传感器稳定性不佳。

发明内容

为克服上述问题，本发明首次提出了以金属有机骨架代替贵金属构建光电化学传感器，研究发现：部分种类金属有机骨架可与磷酸化多肽发生亲和反应，进而捕获含磷酸根的多肽，形成稳定的化合键；金属有机骨架的立体空间结构和多结合位点还保证了上述化合键的多组同时加载，提高了检测器的稳定性，满足了极端恶劣条件下使用的要求；同时，借助于金属有机骨架的空间立体结构，大幅提高了光敏剂的加载量，从而在不添加纳米贵金属粒子的情况下，实现了生物酶活性的超高灵敏检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于金属有机骨架检测生物酶活性的工作电极，包括：

偶联有多肽的导电电极；

在导电电极上的金属有机骨架；

其中，所述金属有机骨架上负载有光响应物质；

所述金属骨架可与磷酸化的多肽特异性结合；

所述多肽在待测活性生物酶与三磷酸腺苷ATP存在条件下，可发生磷酸化反应。

优选的，所述金属有机骨架结构中含有Zr₆O₄(OH)₄簇。

更优选的，所述金属有机骨架为Zr-MOF系列；

最优选的，所述金属有机骨架为UiO-66MOFs系列。研究中对现有的金属有机骨架进行了系统分析和实验摸索，结果表明：基于金属Zr的UiO-66MOFs系列具有生物稳定性强与生物相容性的特点，特别是UiO-66结构含有Zr₆O₄(OH)₄簇，其中由于缺陷的存在使得大量的Zr-O键被Zr-OH所代替，Zr-OH非常活跃，可以强烈的与磷酸根进行络合，形成Zr-O-P键，从而起到识别磷酸根的目的。

优选的，所述光响应物质携带有正电荷。金属有机框架的高空隙率可以负载大量的光响应物质，因此，当光响应物质携带正电荷时，可以平衡整体呈现负电荷的金属有机框架，使其可以在呈负电的磷酸化多肽修饰的电极上减少非特异性吸附，提高检测的准确度。

优选的，所述光响应物质为三联吡啶钌；

优选的，所述多肽为肯普肽；

优选的，所述生物酶为蛋白激酶。

本发明还提供了一种基于金属有机骨架检测生物酶活性的生物传感器，包括任一上述的电极。