基于小分子染料的多色彩信号输出及其分析应用

The construction of multicolor visual analysis is of great significance for the development of rapid food safety control. Traditional colorimetric analysis methods are mainly based on the intensity change of a single color, which cannot achieve the quantitative detection without the assistance of external instruments. Because human eyes are sensitive to the color change rather than the intensity change, the development of multicolor colorimetric methods can greatly improve the accuracy of the visual detection and make the quantitative detection with the naked eyes more conducive. It was reported that small-molecule dyes have several advantages compared to nanomaterials, such as the high industrialization degree, and the ease of commercialization. This project discribes the multicolor biosensors based on the multicolor change characteristics of small-molecule dyes, and focuses on the following aspects: (1) systematically studying the various color change of dye molecules in different conditions (for example, pH, oxygen partial pressure, etc.); (2) introducing the new mode of signal transfer mechanism, establishing the relationship between target detection and multicolor change; (3) systematically analyzing the multicolor signal output mode, changing the shortcoming of traditional simple color change method; (4) developing multicolor detection kits to achieve visual quantitative measurement of different targets (especially for food contaminants).

开发新型的多色彩可视化分析方法对食品安全快速检测的发展具有重要的意义。传统的比色分析方法主要基于单一颜色的强度变化进行可视化分析，但是在没有仪器辅助的情况下却无法实现定量检测。由于人的肉眼对颜色变化的敏感程度要远大于对颜色强度的变化，因此开发多色彩比色分析方法能够极大地提高可视化检测的准确度，对可视化定量检测的实现也具有积极的推动作用。此外，相较于纳米材料而言，小分子染料具有稳定的结构、工业化程度高和易于商业化等优点。因此，本项目拟基于小分子染料的多色彩变化特性，重点研究以下几方面内容：(1)系统研究多种染料分子颜色变化与相应介质环境之间的关系；（2）详细考察信号转录机制的引入模式，实现目标物检测与颜色变化之间的转换；（3）系统探究多色彩信号输出模式，解决传统比色方法存在的颜色变化单一等问题；（4）开发多色彩可视化分析检测试剂盒，实现对多种目标分子（特别是食品污染物）的可视化定量检测。

本项目主要针对传统比色检测分析方法显色单一，不利于肉眼可视化分析检测的需求为出发点。通过对小分子染料的显色性能进行了系统性的研究，构建了一系列基于染料分子调控金纳米棒形貌变化的多色彩可视化传感器。借助于目标物引起的多色彩显色反应，达到基于颜色种类分辨的可视化定量检测目标物的目的。主要完成的工作包括（1）系统地研究了小分子染料的显色性能并对最优的显色反应条件进行优化；（2）深入探索了多色彩可视化比色分析方法的传感机理，并介绍了多色彩可视化传感器的应用范围；（3）构建了集成式多色彩检测方法，拓展了多色彩可视化传感策略的应用范围；（4）开发了多种多色彩比色检测试剂盒，并用于食品安全和疾病标志物的检测分析。本项目执行期间共发表与本基金项目相关的研究论文11篇，其中影响因子大于5的论文9篇，包括ACS Sensors（2篇）、 Sensors and Actuators B: Chemical（2篇）、Journal of Hazardous Materials （1篇）、Analytical Chemistry （1篇）、Chinese Chemical Letters（2篇）等；申请中国发明专利1项；已培养硕士4人。