基于聚合物修饰碳点的蛋白质荧光传感器阵列

The detection of specific proteins has become important clinical parameters for diagnosis, treatment and prognosis of some disease. However, due to the diversity and complexity of proteins' structure, devising a simple, rapid and precise method for proteins' qualitative and quantitative detection remains a challenging issue. In order to meet this demand, this project intends to apply the polymer-modified carbon dots as the sensing unit to construct fluorescent sensor array and realize the detection of proteins. The fluorescent sensor array based on the polymer-modified carbon dots makes full use of the elaborate nanostructure and prominent photoluminescent property of carbon dots. The photoluminescent property and surface chemical structure of carbon dots can be freely adjusted by the tailorable and multifarious structure of polymer, which will further affect the interaction between the carbon dots and proteins. The finger-print patterns of proteins can be established using the subtle structural differences between proteins, which will be used in the detection of proteins' species and concentrations. Through analyzing the finger-print patterns of proteins, the construction of sensor array can be optimized and applied in the proteins' detection in physiological environment and disease models. The fluorescent sensor array based on the polymer-modified carbon dots will show significant research value and broad application prospects in the future, which depends on its simple preparation, convenient operation, high sensitivity, as well as nice selectivity.

对于特定蛋白质的检测已经在临床上成为疾病早期诊断、疗效观察及预后的重要指标。然而，由于蛋白质结构的多样性和复杂性，简单、快速、准确地实现蛋白质的定性、定量检测仍然是一个具有挑战性的难题。本项目针对这个需求，拟将表面聚合物修饰的纳米荧光碳点作为传感单元，组建传感器阵列应用于蛋白质检测研究。基于聚合物修饰碳点的蛋白质荧光传感器阵列充分利用了碳点的纳米结构和显著的荧光性能，通过聚合物丰富、可裁剪的化学结构调节碳点的荧光性能、表面化学结构及其与蛋白质的相互作用情况，利用蛋白质微妙的结构差异构建蛋白质特征指纹图谱，实现蛋白质种类和浓度的双重检测。通过分析蛋白质指纹图谱，调整与优化传感系统的结构和组成，以实现对生理环境中复杂结构蛋白质的检测，以及疾病模型中相关蛋白质的监控与研究。基于聚合物修饰碳点的蛋白质荧光传感器阵列制备简单，操作方便，检测系统灵敏度高、选择性强，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

发展简单、快速、灵敏、准确的蛋白质检测方法已经成为蛋白质研究的热点，对于推动生命科学研究和医学诊断发展具有重要的意义。本项目根据哺乳动物嗅觉系统的传感机理，设计了基于荧光碳量子点（简称碳点）的传感器阵列，应用于蛋白质检测分析。荧光碳量子点是一种新型的荧光纳米材料，为了寻找适合构建蛋白质传感器阵列的碳点，我们分别以氨基酸、核酸碱基、离子液体和蛋白质为碳源，利用一步微波法或水热法合成了几种新型碳点。研究结果表明，这几种碳点能够分别对pH值、金属离子和核酸碱基等分析对象进行分析检测。我们利用这些碳点组建传感器阵列，通过与分析物相互作用后碳点差异性的荧光强度变化构建传感器阵列，不仅实现了对生理环境中蛋白质的准确识别和检测，还能够对溶液中的金属离子、生物巯醇等结构类似的分析物进行区分与鉴别。研究还发现，通过引入金属离子等传感媒介，可以丰富传感器与分析物之间的作用方式、作用位点以及作用力，进而拓展了碳点传感器阵列的分析范围。此外，我们还通过在碳点传感体系中引入聚合物，改进了碳点的荧光发光性能，提高了碳点传感器阵列的灵敏度和稳定性。本研究将碳点与传感器阵列分析的思想相结合，一方面设计开发了包括蛋白质分析物在内的多个传感体系，另一方面对传感器阵列分析的设计思想进行了更深入的研究与探讨，为该技术的进一步应用与发展奠定了理论基础。