纳米金属有机骨架作为一种新型的多孔纳米材料，具有骨架孔径尺寸的可调节性及结构的可裁性、功能多样性和生物相容性等优点，在生物医学领域的应用引起了广泛关注。该类材料具有独特的物理和化学性质，尤其适用于生物传感的设计，然而，目前报道的一些以纳米金属有机框架为基础的生物传感器，由于对材料进行后修饰的条件较为严苛，加之生物样本较为复杂，因此尚不能应用于临床实际样本。如何将纳米金属有机框架材料应用于临床检验已成为相关研究的热点和难点。

最近，南京大学的李根喜教授和南京医科大学的刘平教授合作提出了一种基于纳米金属有机框架的阵列传感器用于结肠癌的组织学诊断。他们借助结肠组织的蛋白质组与具有不同表面化学性质的金属有机框架的相互作用，以铜、铁和锆为基础，将他们所制备的三种纳米金属有机框架材料分别吸附两条荧光标记的单链DNA，从而构建了阵列传感器（如图1）。当所检测的蛋白质存在时，蛋白表面的疏水和亲水结构将与金属有机框架的有机配体或者不饱和的金属位点发生相互作用，由于与材料表面更强的作用力会导致单链DNA分离，从而产生不同强度的荧光，因此，将收集到的信号进行线性判别分析，便能有效地区分不同的靶标。采用他们所构建的阵列传感器，临床检验人员能够快速准确地对结肠癌进行组织学检验。

图1. 传感机制的示意图。（A）阵列传感中使用的三种纳米金属有机框架；（B）通过三种材料和两条荧光标记的单链DNA组装形成的六种识别元件。

研究人员不仅选取了大量样本验证了该阵列传感器在临床检验上的实用性，而且通过建立诊断试验的ROC曲线，验证了其能够准确地对未知样本进行分析检测的可行性（如图2）。由于基于该阵列传感器的检测方法具有非常高的灵敏性和特异性，而且，该方法操作简单方便，样本用量较低，检测时间较短，极大地提高了对结肠癌组织的诊断效率，因此该研究对于结肠癌早期诊断也具有重要的价值。

图2. 基于阵列传感器对临床结肠组织样本检测的结果分析。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是南京大学生命科学学院博士研究生吴帅。研究工作得到了国家自然科学基金的支持。

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Sensor Array Fabricated with Nanoscale Metal–Organic Frameworks for the Histopathological Examination of Colon Cancer

Shuai Wu, Yiwei Han, Lin Wang, Jinlong Li, Zhaowei Sun, Meiling Zhang, Ping Liu, Genxi Li

Anal. Chem., 2019, 91, 10772-10778, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b02381

导师介绍

李根喜

https://www.x-mol.com/university/faculty/48460