图1.光电化学生物传感器示意图
图2.生物传感器的光电流行为
蛋白激酶调节的蛋白磷酸化过程是一种重要的翻译后修饰方式，在细胞信号传导、新陈代谢、基因转录等生命活动中起着重要的作用。当其发生异常时会导致肿瘤、炎症、糖尿病、心血管疾病等发生。因此，蛋白激酶是诊断和预后的重要标志物，也是重要的治疗靶点。快速精准检测蛋白激酶的活性不仅可为与蛋白激酶相关的医疗诊断及药物研发提供理论依据，也可为研究分子层面细胞信号通路提供有益参考。然而，由于蛋白激酶在疾病发展、治疗过程中呈动态变化且个体之间存在明显差异，目前亟需发展更多快速、高灵敏以及精准定量的蛋白激酶分析方法。
北京市科学技术研究院分析测试研究所物理测试部闫志勇研究团队在北京市自然科学基金及北科院“北科萌芽”人才项目支持下，研究揭示了在可见光激发下光敏化金属有机骨架异质结构在电化学及光电化学方面的协同效应以及光电传感界面的电子转移机理，利用光敏化金属有机骨架光敏感特性以及表面缺陷，构建了一系列“signal-on”光电化学生物传感器，实现了蛋白激酶活性的灵敏检测以及蛋白激酶抑制剂的筛选。
项目以UiO-66系列金属有机骨架为例，设计利用UiO-66-NH2表面缺陷识别磷酸基团，同时利用新型二维材料-Ti3C2Tx MXene还原性原位生成纳米金颗粒Au NPs，并将其作为基底修饰电极来构建光电传感器。在此研究策略中，氨基配体可在UiO-66价带结构中引入新能级，使其可被可见光激发。同时Au NPs/MXenes的引入可以提高导电性与光敏特性，促进光生电子迅速迁移进而大幅提高光电转换效率。目前，该传感器对蛋白激酶活性的检测范围为0.004 UmL−1至10 UmL−1，相应检测限为0.0026 UmL−1。该传感器已应用到不同肠道肿瘤细胞RKO、SW620和SW480以及关节炎症积液中蛋白激酶的检测。相关研究内容发表SCI论文2篇, 获得发明专利授权1项、实用新型专利授权3项。
基于以上设计思路建立了新的蛋白激酶检测方法，通过提供强有力的检测工具，在医学领域实现疾病的“早发现、早诊断、早治疗”，对肿瘤或者关节炎症等相关疾病进行主动的预防和控制，有潜在的经济价值和社会价值，并有潜力拓展到其他生物酶等生物分子的检测筛查中。
闫志勇副研究员获得2023年度“海漾青年-海淀青年科学家”称号，目前主持国家自然科学基金青年基金项目1项，完成北京市自然科学基金青年项目、北科院“北科萌芽”人才项目、中国博士后科学基金面上项目以及北京市博士后科研活动资助项目，获得授权发明专利及实用新型专利10余件，发表SCI论文10余篇，并与北京市农林科学院和北京动物园管理处分别就金属有机骨架功能化合成及应用达成相关合作协议。
(闫志勇 文/图)