纳米复合基多肽蛋白酶电化学生物传感器的制备与应用

A protease is a kind of enzyme that catalyzes the hydrolysis of proteins into the　smaller peptide fragments and amino acids, a process known as proteolysis. They　are involved in a multitude of normal biological processes as well as in diseases,　including cancer, stroke and 　infections. Therefore, the new and convenient assays　for protease are highly desired for the development of efficient diagnostic and.therapeutic methods toward these diseases and application in the proteomics area.　Here we present an electrochemistry assay system to detect protease activity using　nanoprobes-peptide conjugates immobilized on electrode. In the presence of trypsin　as a model protease, the peptide substrates are cleaved, and the partial of　nanoprobes linked peptide are removed away from the electrode.surface, which　results in the change of electrochemical signal corresponding to the concentration　of the protease. This electrochemical biosensor is simple, sensitive and cost　effective. Furthermore, the method could also be extended virtually to other　proteases by switching the peptide substrates and nanoprobes. It possessed the　potential of wider application for other proteases which are.known to cleave　proteins or peptides.

蛋白酶能催化蛋白质水解成更小的肽或氨基酸碎片，在细胞的各种行为、在生物的生存以及死亡中扮演着重要的角色。疾病能够导致蛋白质水解系统发生变化，如癌症、神经变性病症、炎症和心血管疾病等。许多蛋白酶已经成为潜在的药物靶点和疾病诊断以及预测的生物标志。因此，在蛋白质组学领域中研究便携灵敏，新颖快速的分析蛋白酶活性的生物传感器对于疾病的诊断和治疗有着重要的意义。本项目我们首先合成导电性能优良的新型纳米材料探针，再将多肽为基质修饰到电极上，从而制备出灵敏的蛋白酶电化学生物传感器。其检测原理是当胰蛋白酶存在时，多肽在特定的位置被剪切，部分多肽连接的纳米探针离开电极表面，导致电信号的改变，这些电信号变化量和相应蛋白酶的浓度成正比，根据这一性质可实现电化学方法检测蛋白酶的活性。这种方法简便、快速并且灵敏有效。此外，通过改变不同的多肽序列和纳米探针，这种方法也可以用于检测其他的可水解多肽或蛋白质的蛋白酶。

作为光学技术的紫外 - 可见分光光度法以及荧光光谱法，由于其灵敏度高、操作简便、费用低、响应速度快等优点而备受关注。因此结合上述光学技术，利用具有特殊性质的纳米材料，本课题构建了光学生物传感器对尿酸含量进行检测分析。本课题制备了多种符合需求的纳米材料，并研究了纳米材料的催化活性以及光学性质与其尺寸、形貌、晶面以及组成(如杂化或复合)等的密切关系。通过设计酶反应的pH、温度、时间，纳米材料的量，反应底物的量，在最佳实验条件下测量尿酸的线性范围和检出限，探讨出尿酸浓度与光学信号之间的相关性。如实验结果表明，尿酸含量越高，在表面等离子体共振生物传感器中，纳米材料显示的紫外光学信号越强；在比色传感器中，通过具有类过氧化物酶活性的纳米粒子的催化氧化，底物的显色度越强；而在荧光传感器中，纳米探针表达出的荧光强度越弱，底物得到的荧光强度越强。另外，这些传感器能够应用到临床检验中，通过检测病人的血样，快速灵敏判断其是否患有痛风等疾病。如：金纳米三角片 - 尿酸酶体系可以直接检测血清样品，得到的结果与生化分析仪测试结果一致，平均相对误差为3.9 %。