基于酶@MOFs-纳米金棒体系的即时分析平台的研发

Biological endogenous active substance（BEAS）is a class of biological molecules with physiological functions and biological activities, which are known to be involved in a wide range of biological and pathological processes. The development of rapid and accurate BEAS detection methods is of great scientific significance for basic life research, disease prevention, early diagnosis and prognosis. This project intends to develop an accurate and sensitive portable BEAS real-time analysis platform based on enzymes@metal organic frameworks (enzymes@MOFs) and gold nanorod system. Firstly, it will develop a series of rapid, stable and sensitive saccharides-responsive enzymes@MOFs cascaded nanoreactor, and then prepare a visual paper-based sensing device with enzyme@MOFs as the recognition unit and gold nanorod as the signal output unit. Meanwhile, it will also develop a smartphone app that enables to directly process the color information, and finally establish the portable intelligent real-time analysis platform based on the paper-based sensing device coupled with the smartphone. This project can not only provide a new analytical method for the rapid and accurate detection of BEAS, but also advance the idea for the development of stable, sensitive and economical portable real-time analysis system.

生物内源性活性物质（Biological endogenous active substance, BEAS）是一类具有生理功能和生物学活性的生物分子，与生命系统中众多生理和病理过程息息相关。发展准确、灵敏的BEAS即时检测方法对于生命基础研究及疾病的预防、早期诊断和预后判定等均具有重要的科学意义。本项目拟发展一种基于酶@金属有机框架（酶@MOFs）和纳米金棒体系的准确、灵敏BEAS即时分析平台。项目将合成系列糖类等BEAS快速、稳定、灵敏响应的酶@MOFs级联纳米反应器，并制备以酶@MOFs为识别单元，纳米金棒为信号输出单元的可视化试纸型传感装置；同时，研发可直接处理颜色信息的智能手机App，建立基于智能手机-试纸传感装置联用的准确、灵敏便携式即时分析平台。本项目的开展不仅可为BEAS的快速、准确检测提供新分析方法，也为稳定、灵敏、经济的便携式即时分析系统提供新思路。

酶是一类具有催化功能的天然大分子，在调节生理功能和维持新陈代谢方面起着极其重要作用。鉴于其高效催化性能和温和工作条件，越来越多研究致力于开发蛋白质在可持续合成、药物设计、生物工程和传感装置（作为信号传导和放大）等领域的应用。同时，蛋白质工程的进步也使蛋白质的生物活性得到有效的提升。然而，蛋白质固有的脆弱性质，如活性容易受到温度、pH、有机溶剂及小分子抑制剂等影响，会致使蛋白质体系在实际操作中存在稳定性差和使用寿命短等问题。. 酶固定是指用固体材料将酶分子束缚或限制于一定区域内，这种固定化可有效地提高酶分子的生物活性和稳定性，有助于模拟和控制生物催化反应的进程，并具有多次重复使用和操作连续可控等一系列优点。多孔有机框架包括金属有机骨架、共价有机框架和氢键有机框架是一类新型多孔材料，具有可定制的孔道、高表面积和丰富化学组分等优点，是十分理想的酶固定化载体。本研究主要开发新型的原位组装策略，探明多孔有机框架微观结构对于固定的酶分子的生物活性影响，构建具有高活性和稳定性的酶@多孔有机框架纳米级联反应器；并将设计的纳米级联反应器加工成便携式的比色传感器件，并与智能手机联用实现葡萄糖的原位、快速监测。. 本项目开发的酶@多孔有机框架复合材料继承了酶的高效催化性能和框架材料的材料化学特性，在生物催化、传感和纳米医学等方面有广泛的应用前景。同时，设计的酶级联生物传感器具有出色的灵敏度、特异性和稳定性，可为生物标志物诊断平台的开发提供技术支撑。