基于Mn掺杂ZnS量子点的四维光学传感用于蛋白质识别分析

This proposal is aimed at simultaneous exploration of multidimensional optical properties of Mn-doped ZnS quantum dots (Mn-ZnS QDs) for protein sensing and discrimination. Without specific functionalization, a series of unspecific interactions will occur between Mn-ZnS QDs and proteins, resulting in the change of the multidimensional optical properties of Mn-ZnS QDs. Due to the structural differences of proteins, the variations of the multidimensional optical properties of Mn-ZnS QDs will be highly cross-reactive. Through pattern recognition, the highly cross-reactive multidimensional optical responses will be translated to unique fingerprints of different proteins, leading to the discrimination of proteins. It is expected that the research results of this proposal will be potentially helpful for early diseases diagnosis as well as underlining the role of proteins in diseases development.

本项目拟以Mn掺杂ZnS量子点（Mn-ZnS QDs）为传感介质，以具有重要生命分析意义的蛋白质分子为目标分析物，以Mn-ZnS量子点的四维光学信号（荧光、磷光、散射和电化学发光）为传导，旨在发展基于Mn-ZnS量子点的多维光学传感新方法，用于蛋白质分子的识别分析。在无需对Mn-ZnS量子点进行特异性功能化的情况下，蛋白质分子与Mn-ZnS量子点之间会发生一系列非特异性相互作用，引起Mn-ZnS量子点多维光学信号发生变化。由于蛋白质分子的结构差异，使得Mn-ZnS量子点多维光学信号对于不同的蛋白质分子产生交叉响应。本项目正是利用这些非特异性相互作用诱导产生的Mn-ZnS量子点多维光学信号发生变化，通过模式识别实现对蛋白质分子的识别区分。本项目将可能为重大疾病的早期诊断以及蛋白质在致病过程中的作用提供高灵敏和全信息的分析传感新方法。

量子点由于其优异的光学性质，在光学传感器的构建方面越来越体现优势。一方面人们在继续致力于开发和合成具有高传感特性的量子点，另一方面越来越多的努力被投入到新的传感原理模式上的研究中。本项目以突破传统的单一化学传感模式，建立基于量子点的荧光、散射、磷光等在内的多维光谱协同识别传感器为目标，发展了若干若干高选择性和高灵敏度的识别和区分不同生物分子的光学传感技术和方法。首先，以蛋白质与Mn掺杂ZnS量子点之间的作用为基础，详细考察了蛋白质功能化的量子点之中和之后其光学信号的变化，初步获得了一些生物分子在量子点界面上的响应机制及其与量子点表面状态之间的相关联系机制。在此基础上，将蛋白质的内源荧光作为一维信号引入，成功建立了基于Mn掺杂ZnS量子点的本征三维光学性质（荧光、散射和磷光）和蛋白质本征内源荧光的四维光学传感。该传感模式与传统的单一识别模式和我们前期报道的三维光学传感相比，增加了识别蛋白质的信息，有效的提升了传感器识别能力，在模糊识别领域具有较好的应用前景。此外，还开发了基于低毒性Mn掺杂ZnS量子点的指纹成像新方法，该方法能够在5秒内快速显现小汗腺潜指纹，是目前小汗腺潜指纹成像最快的方法。本项目共发表SCI论文10篇，其中IF>5的SCI论文7篇。