[發明專利]磷酸基嵌入雜原子摻雜石墨烯層的仿生酶制備方法及仿生酶和應用

在審

• 申請號: 202011557862.6
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112573512A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李長明;鄒卓;陳杰
• 申請（專利權）人: 西南大學;蘇州科技大學
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194;C01B32/198;G01N27/327
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 王貴君

本發明公開了磷酸基嵌入雜原子摻雜石墨烯層的仿生酶制備方法及仿生酶和應用，具體將雜原子摻雜石墨烯分散于硫酸鹽溶液中，再加入磷酸鹽，加入堿將溶液pH值調至中性，然后攪拌下反應使磷酸基嵌入雜原子摻雜石墨烯層中，反應畢用水和無水乙醇清洗，干燥得磷酸基嵌入雜原子摻雜石墨烯層的仿生酶；利用雜原子摻雜石墨烯的層間距大小可允許磷酸鹽進入，從而增加仿生酶的反應活性位點，加速電子傳遞，使以制備的仿生酶為原料構建的電化學傳感器具有響應迅速、靈敏度高、檢測限低和選擇性好的優點；在實時定量檢測超氧陰離子自由基時，顯示出了更高的性能，能夠在實時檢測活細胞釋放的超氧陰離子自由基方面有重要的應用前景。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體涉及磷酸基嵌入雜原子摻雜石墨烯層的仿生酶制備方法，還涉及由該方法制得的仿生酶和應用。

背景技術

超氧陰離子(O₂^.-)是氧分子受單一電子還原的產物，也是細胞在氧代謝過程中最先形成的自由基，其它所有活性氧(ROS)都是從O₂^.-衍生而來的。O₂^.-的濃度波動與諸多生物學過程和疾病的發生發展密切相關。正常生理狀態下，O₂^.-在細胞內的濃度會被控制在較低的范圍內并保持相對穩定的動態平衡，能協助細胞進行正常的生長和新陳代謝，且具有獨特的生理作用。其生理作用主要包括參與抗感染免疫；協助清除褪變、突變和衰老的細胞；參與合成前列腺素、甲狀腺素和凝血酶原；參與藥物和毒物的解毒等。適度水平下，O₂.^-在細胞內的濃度降低或升高，會導致細胞產生一些瞬間變化，包括生殖能力減弱及防御能力降低等。與此同時，細胞也會啟動自我修復和調節機制，不會產生不可逆損傷。但是當細胞產生過量O₂^.-時，會導致一系列毒副作用，對細胞造成不可逆的氧化損傷并對特定信號通路產生影響，包括引起自由基失活、損傷脫氧核糖核酸(DNA)、造成基因突變、對氨基酸及蛋白質造成損傷、以及其他生物分子的損傷等。這些毒副作用對機體的影響進一步引起生理病變，包括生物體的衰老、神經元退變疾病、心血管疾病、癌癥等。因此，對活細胞釋放的O₂.^-進行定量檢測，不僅能更全面了解其在細胞生理活動中的作用，更有助于我們揭示與其相關疾病的發生機制，從而提供在病理學認知下的可靠疾病診斷。

然而，O₂.^-的細胞釋放濃度很低且活性極高，對其定性定量檢測十分困難。在諸多檢測方法中，電化學方法表現出響應快、靈敏度高、操作簡易、成本低等優點，非常適合在避免對活細胞新陳代謝和相關生理活動造成破壞的前提下，用于對活細胞實時釋放O₂.^-的濃度檢測。因此，設計合成具有高靈敏度、高選擇性、低檢測限、成本低廉的O₂.^-電化學生物傳感器成為目前研究的重點和難點之一。傳統O₂^.-電化學傳感器的敏感元件主要依賴于天然生物酶，而生物酶存在極易受到溫度、濕度和pH等影響而導致其喪失催化活性的問題，且其成本相對較高。所以，開發基于仿生酶的新型O₂.^-電化學傳感器更具現實意義。

由于超氧化物歧化酶(SOD)是O₂.^-的專一性酶，所以基于SOD構建的O₂.^-電化學傳感器能表現出優于其他生物酶的抗干擾能力，但其價格昂貴、產量低且易失活，故而關于能夠有效替代SOD的仿生酶的研發，已成為多學科交叉的重點研究問題。近年來，科學家發現通過模仿天然酶的結合位點或活性位點，可以實現對基于仿生酶的電化學傳感器的構建，尤其是結合了納米科技的新型特殊納米結構仿生酶，能夠在生理條件下催化酶底物的反應，具有如同天然酶一樣的催化效率和酶促反應動力性質。