题目：基于新型荧光传感材料的糖及核酸激酶活性分析

激酶是一类能够催化底物磷酸化的酶，它能将高能供体分子(如ATP)的磷酸基团转移给特定的靶分子，如蛋白质、脂质、糖、核苷等，在细胞信号转导、新陈代谢等方面发挥着重要的作用。激酶活性异常与许多重大疾病有着密切的关系，如癌症、糖尿病、心脏病和老年痴呆症等。因此，发展高效、灵敏、简单的激酶活性分析方法在临床诊断、药物筛选和疾病的靶向治疗方面具有极其重要的意义。本文以己糖激酶和T4多核苷酸激酶为研究对象，分别以上转换荧光纳米材料 (UCNPs)、阳离子共轭聚合物为光学传感元件，建立了两种荧光分析方法，分别用于己糖激酶(HK)和T4多核苷酸激酶(T4 PNK)活性的检测，主要内容如下：

一、基于Zr4+修饰的磁性微球(ZrMBs)和苯硼酸修饰的上转换荧光纳米材料(PBA-UCNPs)的己糖激酶(HK)活性分析

我们设计了一种基于ZrMBs和PBA-UCNPs的新型荧光生物传感器，用于HK活性的检测。葡萄糖在HK的作用下生成了葡萄糖-6-磷酸(G-6-P)，ZrMBs能够选择性捕获G-6-P，同样，PBA-UCNPs能够选择性识别富集在ZrMBs上的G-6-P，最终形成了一个三明治结构的PBA-UCNPs/G-6-P/ZrMBs复合物，并且固定在ZrMBs上UCNPs的量与HK的活性成正比。用0.5%的NH3·H2O溶液处理得到的磁球复合物，通过测定释放到溶液中的UCNPs的荧光信号，从而实现HK活性的定量测定。在本实验中，由于该传感体系使用了具有磁性的ZrMBs，极大地简化了样品的分离纯化操作，此外, UCNPs的近红外激发特性极大地减小了体系自发荧光和光散射现象的干扰，从而显著提高了该传感体系的信噪比以及检测的灵敏度。本方法可以检测HK的范围是5×10-9 U/μL至1×10-4 U/μL。由于人类的许多种疾病都与己糖激酶活性异常有着密切的关系，有效的己糖激酶抑制剂有可能成为治疗疾病的靶向药物，因此，我们还用该传感体系成功地研究了木糖对己糖激酶的抑制作用。总之，我们充分利用UCNPs和ZrMBs两种纳米材料各自的优势，设计出这种高灵敏的传感体系，不仅可以用于己糖激酶活性的高灵敏检测，而且在药物筛选方面具有很大的潜力。

二、基于阳离子共轭聚合物介导的荧光共振能量转移检测T4多核苷酸激酶(T4 PNK)活性

我们根据阳离子共轭聚合物PFP的荧光共振能量转移(FRET)特性，并结合磷酸化反应诱导的λ核酸外切酶(λ exo)的切割反应，设计了一种简单、灵敏、均相的新型生物传感体系，用于T4 PNK活性的检测。阳离子共轭聚合物PFP是一种含有多个共轭重复吸收单元的荧光物质，具有很强的捕光能力和荧光放大特性。另外，SYBR Green I(SG I)是一种双链DNA特异性染料，只有嵌入到DNA双链结构的小沟中才能产生强的荧光。当结合了SG I的茎环结构DNA与阳离子共轭聚合物PFP混合时，在静电引力的作用下，PFP和DNA彼此相互靠近，使得PFP和SG I之间发生FRET现象。然而，当体系中含有T4 PNK时，茎环结构DNA 5′末端的羟基被磷酸化，λ exo将迅速识别磷酸化后的DNA并进行切割反应，产生单链DNA，而单链DNA不能和SG I相结合，导致PFP和SG I之间不能发生FRET现象。因此，FRET效率和T4 PNK的活性成反比，我们通过这种FRET方法实现了T4 PNK活性的检测。本方法最低可检测到0.001 U/mL的T4 PNK。我们通过将PFP的FRET特性和λ exo的切割反应相结合，设计出的这种操作简单、成本低廉的传感体系不仅可以用于T4 PNK的活性分析，而且在与多核苷酸激酶相关的生物过程的研究以及相关疾病的药物筛选中具有很大的潜力。