磁性分级多孔纳米MOF复合材料的可控构筑及其对磷酸化蛋白/肽段的高效检测

The occurrence and development of many diseases are known that is closely related to the abnormal protein phosphorylation. How to selective enrichment of phosphorylated protein / peptide has become one of the bottlenecks in the accurate identification and cause analysis. This project is to solve the above problems, intends to use the graded porous hierarchical structure and multiple specific recognition strategy, using the principle of coordination chemistry and self- assembly technique, can manufacture the magnetic porous nano metal-organic framework composite controllably, and eventually realize the different scales of phosphorylated protein / peptide enrichment and detection. To explain the mechanism and influence how to obtain the magnetic nano MOF composite material through the controllable interaction and assembly of metal ions and organic ligands, template and magnetic nanoparticles; and reveal the effect of the distribution density of metal ions, amino group and arginine acid, and graded pore size and distribution as well, which have some specific affinity with Phosphate group on the phosphorylated protein / peptide enrichment and detection efficiency. Finally, to further develop and expand the application of magnetic nano-biomaterials in biological medicine, provide methods and means for more accurate detection and early diagnosis of diseases.

目前已知的许多疾病的发生发展都与异常的蛋白质磷酸化密切相关，如何高选择性地富集磷酸化蛋白/肽段已成为制约其准确鉴定和病因分析的瓶颈问题之一。本项目针对以上问题，拟利用分级多孔的结构和多重特异性识别策略，运用配位化学原理和自组装技术，可控制备磁性分级多孔纳米金属-有机框架纳米材料，最终实现对不同尺度磷酸化蛋白/肽段的高效富集和检测。阐明通过金属离子、有机配体、模板剂和磁性纳米粒子等的相互作用和组装，获得结构和功能可控的磁性纳米MOF复合材料的作用机制和影响规律；揭示磁性纳米复合材料中与磷酸基团具有特异性亲和作用的金属离子、氨基基团和精氨酸等的密度和分布，以及分级孔道的孔径大小和分布等对磷酸化蛋白/肽段的富集和检测效率等的作用和规律，进一步开发和拓展磁性纳米生物材料在生物医学中的应用，为疾病的检测和早期诊断提供更精准的方法和手段。

异常的蛋白质磷酸化与众多疾病的发生发展密切相关。生物样本中的蛋白质磷酸化比例低，磷酸化肽离子化效率差，存在大量高丰度杂肽的信号干扰，使得磷酸化肽的质谱信号被严重覆盖，极大地限制了对其深入研究和可靠分析。因此，如何高选择性地富集磷酸化蛋白/肽段已成为制约其准确鉴定和病因分析的瓶颈问题之一。针对以上问题，本项目运用配位化学原理和自组装技术设计制备了具有分级多孔结构和多重特异性识别功能的磁性纳米MOF复合材料，最终实现了对于磷酸化蛋白/肽段富集的高选择性、高效率、低检测限等。同时，揭示了磁性纳米复合材料中与磷酸基团具有特异性亲和作用的金属离子、氨基基团和精氨酸等的密度和分布，以及分级孔道的孔径大小和分布等对磷酸化蛋白/肽段的富集和检测效率等的作用和规律。以复杂生物样本中痕量的磷酸化肽为目标，该磁性纳米复合材料预富集处理结合液质联用质谱磷酸化蛋白组学技术为样本中磷酸化蛋白分析提供了氨基酸序列，修饰位点，归属细胞等生物学信息。本项目研究将为发展新型的磷酸化蛋白/肽段预富集技术提供载体材料支撑和理论依据，为疾病早期诊断的重要分子信号磷酸化蛋白的高效富集检测开发新材料，进一步拓展磁性纳米生物材料在生物医学领域的应用方向。