一种用于原发性中枢神经系统淋巴瘤诊断的传感阵列及方法

本发明属于传感器，具体涉及一种用于原发性中枢神经系统淋巴瘤诊断的传感阵列及方法。

背景技术：

1、原发性中枢神经系统淋巴瘤（pcnsl）是一种高度侵袭性的非霍奇金淋巴瘤，其中约95%为弥漫大b细胞淋巴瘤。目前，pcnsl的诊断金标准为立体定向脑活检，但该手术属于侵入性操作，存在手术风险和采样误差。使用皮质类固醇后，假阴性率可达57%，且约10%-15%的患者因病灶位置或临床状态无法接受活检。影像学检查（如mri）与胶质母细胞瘤等疾病的影像特征常有重叠，难以鉴别。

2、脑脊液（csf）作为中枢神经系统的“分子窗口”，其中所含的蛋白标志物（如cxcl13、il-10、β2m）与pcnsl相关。然而，单一标志物的特异性较低；现有的检测方法（如酶联免疫吸附测定、乳胶凝集比浊免疫测定）操作复杂、通量有限，难以实现多重检测。

3、传感阵列技术通过多个正交传感元件产生“指纹”响应，可在不依赖特异性探针的情况下识别复杂样本，已被应用于部分癌症的诊断。氢键有机框架（hofs）因其孔结构可调、表面化学性质丰富，在蛋白质富集与传感领域具有潜力。然而，在pcnsl诊断方面，基于金属化hof传感阵列结合机器学习的方法尚未见报道，针对pcnsl脑脊液特征蛋白的差异化传感元件组合及其指纹信号解码方法也缺乏系统研究。

技术实现思路

1、基于现有的脑脊液（csf）生物标志物检测方法存在特异性低、操作繁琐等缺陷，亟需一种快速、高精度的无创替代方案。本发明基于三种金属化氢键有机框架（hofs）构建了一种新型传感阵列，这些框架具有内在的类过氧化物酶催化活性。实验证实，pcnsl相关生物标志物可在hof表面形成特异性蛋白冠，从而调控催化底物的传质过程并改变催化动力学，实现对pcnsl的诊断。

2、本发明第一方面的目的，在于提供一种传感阵列。

3、本发明第二方面的目的，在于提供本发明第一方面的传感阵列的应用。

4、本发明第三方面的目的，在于提供一种检测试剂盒。

5、本发明第四方面的目的，在于提供一种用于原发性中枢神经系统淋巴瘤诊断的系统。

6、本发明第五方面的目的，在于提供一种电子设备。

7、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

8、本发明的第一个方面，提供一种传感阵列，所述传感阵列包括至少两种不同的金属化氢键有机框架材料；

9、其中，所述金属化氢键有机框架材料包括高分子基氢键有机框架和金属卟啉氢键有机框架。

10、在本发明的一些实施方式中，所述高分子基氢键有机框架由铁卟啉构筑单元通过氢键作用自组装得到。

11、在本发明的一些实施方式中，所述高分子基氢键有机框架（即phof-1）由以下制备方法制备得到：铁卟啉与n,n-二甲基甲酰胺混合，加入乙醇，反应，得到高分子基氢键有机框架。

12、在本发明的一些实施方式中，所述金属卟啉氢键有机框架包括钴基金属卟啉氢键有机框架、镍基金属卟啉氢键有机框架、铜基金属卟啉氢键有机框架、锌基金属卟啉氢键有机框架、锰基金属卟啉氢键有机框架、铁基金属卟啉氢键有机框架中的至少一种。

13、在本发明的一些实施方式中，所述金属卟啉氢键有机框架包括钴基金属卟啉氢键有机框架（即co-hof）和镍基金属卟啉氢键有机框架（即ni-hof）。

14、多孔材料本身理论上不具备催化活性，而金属修饰能够赋予不同hofs差异化的催化活性，这符合传感阵列通过比色反应获取信号的设计初衷。在前期实验中，发明人系统考察了fe、co、ni、cu、zn、mn等多种金属中心的金属化氢键有机框架。通过比较各组合对pcnsl相关蛋白（cxcl13、il-10、β2m）的催化显色响应（类过氧化物酶活性），发现phof-1、co-hof和ni-hof三者组合构成的传感阵列具有最高的灵敏度，以及最佳的“正交性”与“指纹区分度”。具体表现为：三种hof的催化活性差异显著，phof-1对tmb亲和力最强，ni-hof最弱；而h2o2的亲和力顺序相反。相比之下，cu、zn、mn等其他金属中心的hof单独或组合使用时，对上述蛋白的催化响应灵敏度明显低于fe/co/ni组合。因此，phof-1、co-hof和ni-hof三种材料是构建本发明传感阵列的最优选择。

15、三类材料对疾病相关蛋白具有显著的富集作用与特异性吸附：氢键有机框架自身具有多孔结构，能够在生物流体中富集蛋白质，并在表面形成蛋白冠，选择hofs作为传感单元符合传感阵列捕获并识别蛋白标志物的设计初衷。通过分子动力学模拟、动态光散射（dls）及zeta电位测定等实验验证，phof-1、co-hof和ni-hof对pcnsl相关脑脊液蛋白（cxcl13、il-10、β2m）均能形成稳定的蛋白冠，且不同材料对同一蛋白的吸附构型、界面残基分布及氢键网络存在显著差异。这种差异化的特异性吸附使得每种材料对蛋白混合物的催化响应呈现独特的指纹特征，从而为传感阵列的区分能力奠定了基础。

16、因此，phof-1、co-hof和ni-hof的组合并非随机选择，而是通过“多金属筛选→蛋白富集验证→分子机制解释→机器学习评估”这一完整链条所确定的最优方案。

17、在本发明的一些实施方式中，所述钴基金属卟啉氢键有机框架可通过常规方法制备得到，或通过商业购买得到。在具体实施方式中，所述钴基金属卟啉氢键有机框架由包括以下制备方法制备得到：co-tcpp分散至dmf，搅拌条件下依次加入水和乙醇，即得到co-hof。

18、在本发明的一些实施方式中，所述镍基金属卟啉氢键有机框架可通过常规方法制备得到，或通过商业购买得到。在具体实施方式中，所述镍基金属卟啉氢键有机框架由包括以下制备方法制备得到：ni-tcpp与冰醋酸混合，反应，即得到镍基金属卟啉氢键有机框架。

19、在本发明的一些实施方式中，所述高分子基氢键有机框架呈现规整的立方体形貌。

20、在本发明的一些实施方式中，所述高分子基氢键有机框架的水动力学直径为558± 30 nm，zeta电位为-16.5 ± 0.43 mv。

21、在本发明的一些实施方式中，所述镍基金属卟啉氢键有机框架呈现规整的立方体形貌。

22、在本发明的一些实施方式中，所述镍基金属卟啉氢键有机框架的水动力学直径为466 ± 33 nm，zeta电位为-9.7 ± 0.40 mv。

23、在本发明的一些实施方式中，所述钴基金属卟啉氢键有机框架呈现规整的立方体形貌。

24、在本发明的一些实施方式中，所述钴基金属卟啉氢键有机框架的水动力学直径为438 ± 26 nm，zeta电位为-11.4 ± 0.26 mv。

25、实验表明，仅使用30 μl脑脊液样本并借助机器学习算法，该传感阵列在临床样本队列中以96.2%的准确率区分pcnsl与非pcnsl样本，并进一步以>95%的准确率区分pcnsl与其他个别中枢神经系统疾病（包括胶质瘤和癫痫）。这种基于金属化氢键有机框架传感阵列的“蛋白冠解码”策略为pcnsl的无创、精准诊断开辟了新途径，并具有克服传统活检高风险和低灵敏度的转化潜力。

26、本发明的第二个方面，提供本发明第一方面的传感阵列在（1）或（2）中的应用；（1）制备诊断原发性中枢神经系统淋巴瘤的产品；（2）制备定量或定性检测cxcl13、β2m和/或il-10的产品。

27、在本发明的一些实施方式中，所述产品包括试剂、试剂盒。

28、本发明的第三个方面，提供一种检测试剂盒，包括本发明第一方面的传感阵列、tmb和h2o2。

29、在本发明的一些实施方式中，所述检测试剂盒还包括naac-hac缓冲液。

30、本发明的第四个方面，提供一种用于原发性中枢神经系统淋巴瘤诊断的系统，包括：

31、检测模块：使用本发明第一方面的传感阵列或本发明第三方面的检测试剂盒对待测样品进行检测；

32、数据输入模块：输入检测模块得到的数据；

33、数据分析模块：对数据输入模块中的数据进行分析，判定患者是否为原发性中枢神经系统淋巴瘤患者。

34、在本发明的一些实施方式中，所述待测样品包括血液、血浆、脑脊液；优选为脑脊液。

35、在本发明的一些实施方式中，所述对待测样品进行检测的过程包括如下步骤：将待测样本分别与含有高分子基氢键有机框架、钴基金属卟啉氢键有机框架、镍基金属卟啉氢键有机框架的溶液混合，孵育；加入tmb和h2o2，反应，检测652 nm处的吸光度。

36、在本发明的一些优选的实施方式中，所述混合的体系中，所述高分子基氢键有机框架的终浓度为20-60 μg ml-1；进一步为35-45 μg ml-1，如35、37、39、40、42、44或45 μgml-1中任一数值或任意两者形成的范围值。

37、在本发明的一些优选的实施方式中，所述混合的体系中，所述钴基金属卟啉氢键有机框架的终浓度为0.1-5 mg ml-1；进一步为0.5-2 mg ml-1，如0.5、0.7、1、1.2、1.5、1.8或2 mg ml-1中任一数值或任意两者形成的范围值。

38、在本发明的一些优选的实施方式中，所述混合的体系中，所述镍基金属卟啉氢键有机框架的终浓度为0.1-5 mg ml-1；进一步为0.5-2 mg ml-1，如0.5、0.7、1、1.2、1.5、1.8或2 mg ml-1中任一数值或任意两者形成的范围值。

39、在本发明的一些优选的实施方式中，所述孵育的条件为室温孵育5-20分钟；进一步为5-15分钟，如5、8、10、12、14或15分钟中任一数值或任意两者形成的范围值。

40、在本发明的一些优选的实施方式中，所述反应的体系中，所述tmb的终浓度为10-40 nm；进一步为15-25 nm，如15、18、20、22、24或25 nm中任一数值或任意两者形成的范围值。

41、在本发明的一些优选的实施方式中，所述反应的体系中，所述h2o2的终浓度为10-40 nm；进一步为15-25 nm，如15、18、20、22、24或25 nm中任一数值或任意两者形成的范围值。

42、在本发明的一些优选的实施方式中，所述反应的条件为室温反应20-40分钟；进一步为25-35分钟，如25、28、30、32、34或35分钟中任一数值或任意两者形成的范围值。

43、在本发明的一些实施方式中，所述数据分析模块包括使用机器学习算法对数据进行分析。

44、在本发明的一些实施方式中，所述机器学习算法包括逻辑回归、支持向量机、随机森林、xgboost、k近邻和多层感知机中的至少一种；优选为随机森林或多层感知机。

45、在本发明的一些实施方式中，所述数据分析模块的数据包括吸光度信号作为基线特征，通过成分数据分析和比值变换衍生出额外特征，包括中心对数比、加法对数比、两两差值、比值以及原始通道的对数比值。

46、本发明的第五个方面，提供一种电子设备，包括储存器、处理器及储存在储存器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述储存在储存器上并可在处理器上运行的计算机程序包括本发明第四方面的系统。

47、本发明的有益效果是：

48、本发明提供一种集成至少两种金属化氢键有机框架（传感元件）的传感阵列，可用于脑脊液活检诊断pcnsl。其传感元件与cxcl13、il10、β2m等潜在生物标志物反应后，其催化动力学发生显著变化。原子水平的研究揭示，上述基于金属化氢键有机框架的传感元件富集这些生物标志物形成蛋白冠，从而调控底物传质，导致催化活性的改变。该传感阵列对蛋白混合物可产生独特的多维指纹响应，结合机器学习算法，能够实现对目标生物标志物的准确定性及定量识别，进而实现对pcnsl的诊断。

49、经临床样本验证，本发明使用本发明提供的传感阵列，仅需30 μl脑脊液、在45分钟内即可区分pcnsl与非淋巴瘤样本，准确率达96.2%。此外，该传感阵列还能以超过95%的准确率及0.993的宏平均曲线下面积（auc）区分多种中枢神经系统疾病。这种基于hof传感阵列的“蛋白冠解码”策略突破了传统pcnsl诊断的瓶颈，为无创、快速、精准的临床筛查提供了一种颇具转化潜力的新方法。