一种基于酶响应分析的蛋白分子传感阵列的制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及水质监测技术领域，尤其是涉及一种基于酶响应分析的蛋白分子传感阵列的制备方法及其应用。


背景技术：

2.众所周知，金属离子通过食物链的生物放大在生物体内积聚，对人体健康造成严重的不良影响。其中，神经退行性疾病、肾脏疾病和心血管疾病在内的主要慢性病都与有毒金属离子密切相关。
3.目前，传统的金属离子定量方法依赖于高技能的工作人员和复杂的仪器，如原子吸收光谱(aas)，气相色谱(gc)，电感耦合等离子体原子发射光谱(icp-ms)。虽然这些方法具有高度的敏感性和选择性，但其不足之处也很明显，它们的实际应用受到复杂的仪器操作和样品制备的限制。因此，人们迫切需要规避传统方法的缺点，开发更简单，更具成本效益和可靠的金属离子检测技术。
4.现有技术中，支持纳米材料的传感器平台有望实现具有高通量和快速分析性能的超低多重检测。另外，基于阵列的"化学鼻子"或"化学舌头"传感器提供了半选择性方法，并为水质监测带来了创新的灵感。但是，基于酶响应分析的蛋白质分子阵列中发现，金属离子与酶活性中心具有不同的结合亲和力，导致酶活性降低甚至丧失，而且，酶作为信号探针价格昂贵，稳定性较差，其活性容易受到不利影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于酶响应分析的蛋白分子传感阵列的制备方法及其应用，利用仿生蛋白分子封装策略所合成的纳米花应用在酶响应调控的化学传感阵列，为定性和定量分析多种金属离子创造了全新的思路，拓宽了纳米材料基的传感平台在环境监测中的应用。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种基于酶响应分析的蛋白分子传感阵列的制备方法，步骤如下：
7.s1、无机酶杂化纳米花的制备：将cuso4水溶液添加到含有乙酰胆碱酯酶的pbs中，25℃下孵育3天；将cacl2水溶液加入到含有乙酰胆碱酯酶的pbs中，25℃下孵育12h；将乙酰胆碱酯酶溶解在pbs缓冲液后转移到烧瓶中，在磁力搅拌下，再向烧瓶中加入zn(ch3coo)2水溶液，25℃的条件下连续搅拌3h，反应完成；
8.将得到的杂化纳米花离心分离洗涤，真空冷冻干燥；
9.s2、将杂化纳米花组成传感阵列，进行分析。
10.优选的，步骤如下：
11.s1、无机酶杂化纳米花的制备：将180μlcuso4水溶液(100mm)添加到4.5ml含有1mg/ml乙酰胆碱酯酶的pbs中，然后在25℃下孵育3天；将250μlcacl2水溶液(200mm)加入
到5ml含有0.2mg/ml乙酰胆碱酯酶的pbs中， 在25℃下孵育12h；将10mg乙酰胆碱酯酶溶解在12.5ml pbs缓冲液中，再 转移到烧瓶中，于磁力搅拌下，向烧瓶中加入500μl zn(ch3coo)2水溶液 (100mm)，在25℃下连续搅拌3h，反应完成；
12.将上述得到的杂化纳米花离心分离洗涤，真空冷冻干燥；
13.s2、将杂化纳米花组成传感阵列，进行分析。
14.优选的，步骤s1中，pbs溶液的ph范围为6.8-7.4。
15.优选的，步骤s1中，得到的杂化纳米花为cu3(po4)
2-ache、cahpo
4-ache、 zn3(po4)
2-ache。
16.优选的，步骤s2中，分析方法包括主成分分析法和片段转发分析法。
17.优选的，步骤s2中，分析的金属离子包括cu
2
、cr
3
、fe
3
、pb
2
、 fe
2
、cd
2
、cr
6
、co
2
、zn
2
、ag

、al
3
。
18.一种基于酶响应分析的蛋白分子传感阵列的制备方法在区分金属离子、 不同浓度的单个模型分析物，以及自来水中不同污染物的混合物中的应用。
19.因此，本发明采用上述一种基于酶响应分析的蛋白分子传感阵列的制备 方法及其应用，利用仿生蛋白分子封装策略所合成的纳米花被首次应用在酶 响应调控的化学传感阵列，简便、绿色、仿生的酶包封技术不需要任何有毒 试剂、极端的实验条件和复杂的纯化步骤。
20.这种仿生的合成策略可以有效的封装乙酰胆碱酯酶分子、维持其酶活性 和耐用性，从而使传感阵列拥有优异的储存稳定性和循环利用性。通过金属 离子与酶活性中心之间不同结合亲和力引起的酶活性下降来收集差异化的比 色信号，然后使用pca分析进行处理。这种基于半选择性阵列的传感范式将 带来新颖的灵感，拓宽了纳米材料基的传感平台在环境监测中的应用。
21.下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
22.以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
23.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属 领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
24.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非 每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅 仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实 施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解 的其它实施方式。这些其它实施方式也涵盖在本发明的保护范围内。
25.还应当理解，以上所述的具体实施例仅用于解释本发明，本发明 的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭 露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换 或改变，都应涵盖在本发明/发明的保护范围之内。
[0026][0027][0028]
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领 域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸 如通用词典中定义的术
语应当被理解为具有与它们在相关技术的上下文中的 含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非本文 有明确地这样定义。
[0029]
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作为详细讨 论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0030]
本发明说明书中引用的现有技术文献所公开的内容整体均通过引用并入 本发明中，并且因此是本发明公开内容的一部分。
[0031]
实施例一
[0032]
一种基于酶响应分析的蛋白分子传感阵列的制备方法，步骤如下：
[0033]
s1、无机酶杂化纳米花的制备：将180μl cuso4水溶液(100mm)添加到 4.5ml含有1mg/ml乙酰胆碱酯酶的pbs中，然后在25℃下孵育3天；将250μlcacl2水溶液(200mm)加入到5ml含有0.2mg/ml乙酰胆碱酯酶的pbs中， 在25℃下孵育12h；将10mg乙酰胆碱酯酶溶解在12.5ml pbs缓冲液中，再 转移到烧瓶中，于磁力搅拌下，向烧瓶中加入500μl zn(ch3coo)2水溶液 (100mm)，在25℃下连续搅拌3h，反应完成；其中，pbs溶液的ph范围 为6.8-7.4。
[0034]
将上述得到的杂化纳米花离心分离洗涤，得到的杂化纳米花为 cu3(po4)
2-ache、cahpo
4-ache、zn3(po4)
2-ache，真空冷冻干燥；
[0035]
s2、将杂化纳米花组成传感阵列，进行分析，分析方法包括主成分分析 法和片段转发分析法。可以进行分析的金属离子包括cu
2
、cr
3
、fe
3
、pb
2
、 fe
2
、cd
2
、cr
6
、co
2
、zn
2
、ag

、al
3
。
[0036]
本发明的基于酶响应分析的蛋白分子传感阵列，通过合成三种金属磷酸 化合物-乙酰胆碱酯酶纳米花(mp-ache nfs)，并分别为cu3(po4)
2-achenfs、cahpo
4-ache nfs、zn3(po4)
2-ache nfs，三种物质组成传感阵列，成 功的利用主成分分析法实现了对11种金属离子的辨别和区分。
[0037]
试验测试
[0038]
为了证明本发明的蛋白分子传感阵列作用效果，通过检测自来水中金属 离子进行。在水样经过0.22μm膜过滤后，不同浓度的模板金属离子加入至水 样中，利用实施例一制得的蛋白分子传感阵列进行检测，并分析实验数据， 计算其回收率。
[0039]
结果如下：表1～3分别是实际样品中五种浓度的fe
3
、cu
2
、cr
3
，利用 蛋白分子传感阵列所测得的数据以及回收率，表明该方法在检测实际水样中 的金属离子具有潜在的应用价值。
[0040]
表1该阵列传感器用于检测实际水样中的fe
3
[0041]
样品添加量测定值相对标准偏差(％，n＝5)回收率(％)11010.3
±
0.75.67103.625051.2
±
1.32.11102.6310097.1
±
2.92.4596.384250253.5
±
4.41.42101.75500508
±
5.10.81101.6
[0042]
表2该阵列传感器用于检测实际水样中的cu
2
[0043]
样品添加量测定值相对标准偏差(％，n＝5)回收率(％)
1109.5
±
0.42.9095.825049.7
±
2.33.6899.9310099.3
±
3.73.2798.94250258.1
±
3.40.99103.55500514
±
4.10.61102.7
[0044]
表3该阵列传感器用于检测实际水样中的cr
3
[0045]
样品添加量测定值相对标准偏差(％，n＝5)回收率(％)11010.2
±
0.43.02103.225048.6
±
1.93.295.93100102.3
±
2.62.17102.84250257
±
3.21.261035500491
±
5.50.9297.8
[0046]
因此，本发明采用上述一种基于酶响应分析的蛋白分子传感阵列的制备 方法及其应用，利用仿生蛋白分子封装策略所合成的纳米花应用在酶响应调 控的化学传感阵列，为定性和定量分析多种金属离子创造了全新的思路，拓 宽了纳米材料基的传感平台在环境监测中的应用。
[0047]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进 行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技 术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的 精神和范围。