2022年CAIA獎特等獎：多孔框架限域的酶級聯(lián)傳感技術
完成單位：中山大學化學學院，廣州醫(yī)科大學
完成人：歐陽鋼鋒，陳國勝，黃思銘
成果簡介：天然酶是生物傳感中重要的分子識別元件，具有作用條件溫和，識別效率高和專一性強等獨特的優(yōu)勢。然而，天然酶極易受外界環(huán)境刺激而聚集、降解或變性，嚴重制約了其在生物傳感領域的大規(guī)模應用。針對這一技術瓶頸，研究團隊提出系列新型的多孔有機框架限域的酶級聯(lián)傳感技術。在該策略中，脆弱的酶分子被巧妙地原位封裝于多孔有機框架“盔甲”；多孔“盔甲”不僅大幅度提升包埋的酶的傳感穩(wěn)定性，而且可定制的孔道尺寸能夠?qū)崿F(xiàn)選擇性篩選、富集分析物，有效提升酶（級聯(lián)）傳感的準確度和靈敏度。此外，多孔有機框架可提供載體作用，不僅提高了酶分子的循環(huán)利用性，也提高其機械加工性，方便設計成便攜式的傳感裝置，實現(xiàn)多種重要生物標志物的原位即時診斷。相關研究成果發(fā)表在Chem、Nat. Commun、Angew. Chem. Int. Ed. (5)、Chem. Soc. Rev.和Anal. Chem.等國際著名期刊。
創(chuàng)新點及科學價值：準確定量定性生物標志物對于生命基礎研究以及疾病的預防、早期診斷和預后判定等均具有重要的科學意義，也是中國啟動精準醫(yī)療戰(zhàn)略的重要研究內(nèi)容。本研究針對酶傳感技術在標志物檢測方面存在的關鍵技術挑戰(zhàn)，開發(fā)系列基于金屬有機框架（MOFs）的酶原位封裝技術，憑借MOFs限域效應解決酶傳感穩(wěn)定性差的卡脖子問題；提出概念新的氫鍵酶框架組裝技術，構(gòu)筑空間高度連通的多酶級聯(lián)傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)多種生物標志物的準確、靈敏識別。本研究創(chuàng)制的多功能酶@多孔有機框架傳感平臺為生物標志物的準確診斷提供有力的技術支撐。
社會經(jīng)濟效益：第一完成人歐陽鋼鋒教授當選為英國皇家化學會會士、國家“萬人計劃”創(chuàng)新領軍人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領軍人才和廣東省“珠江學者”特聘教授，應邀擔任了國際期刊Trends Anal. Chem.（IF = 14.908）雜志副主編；項目第二完成人陳國勝副教授分別獲得國家自然科學基金面上項目和青年項目各1項，申請發(fā)明專利1項，并入選“博新計劃”資助。項目第三完成人黃思銘教授獲得國家自然科學基金青年項目和省自然科學基金面上項目各1項。
應用前景：本研究提出的多孔框架限域的酶級聯(lián)傳感技術有效解決了酶傳感裝置存在的穩(wěn)定性差的技術挑戰(zhàn)，并憑借精準的孔道拓撲設計突破和提升了多酶級聯(lián)傳感的整體效率。該技術兼顧傳感穩(wěn)定性和靈敏度，不僅可為生物標志物的快速診斷提供準確、靈敏的分析平臺，在生物催化、藥物合成、環(huán)境修復和納米醫(yī)學等涉及酶學的研究方面也具有重要的應用前景。
