非均相体系荧光化学生物传感技术中的化学计量学理论及应用研究

The presence of practically unavoidable scatterers and background absorbers in turbid media such as biological tissue or cell suspensions can significantly distort the shape and intensity of fluorescence spectra of fluorophores, and hence greatly hinder the application of fluorescence-based chem/bio sensing technologies to the quantitative analysis of turbid media. This proposal aims to develop fluorescence-based chem/bio sensing technologies for quantitative analysis of heterogeneous systems which includes: 1) deriving advanced quantitative fluorescence model for heterogeneous systems from the study of the effects of the scatterers and background absorbers on analyte's fluorescence signals, 2) formulating new quantitative model applicable to heterogeneous systems for ratiometric fluorescent dyes through the combination of ratiometric fluorescent dyes with the advanced quantitative fluorescence model for heterogeneous systems, 3)establishing quantitative model applicable to heterogeneous systems for generalized ratiometric fluorescent probes consisting of an indicator dye and a reference dye, under the theoretical guidance of the quantitative model applicable to heterogeneous systems for ratiometric fluorescent dyes. The most significant contributions from this research will be (i) to break through the design concepts of traditional fluorescence-based chem/bio sensing technologies, (ii) to greatly improve the quantitative accuracy of fluorescence-based chem/bio sensing technologies for heterogeneous systems and widen their applicability, (iii) and hence to open up an avenue for quantitative analysis of heterogeneous systems using fluorescence-based chem/bio sensing technologies in fields such as biomedical sciences, food safety and environmental protection.

由于非均相体系中存在的散射物质的散射效应和吸光物质的吸收效应严重影响待测荧光物质荧光光谱信号的形状和强度，使得现有的荧光化学生物传感理论和技术不适用于非均相体系的定量分析。本项目拟发展和完善非均相体系荧光化学生物传感理论和技术，包括：1）弄清散射效应和吸收效应对待测物质荧光光谱信号的影响，建立新型非均相体系荧光定量分析理论和模型；2）在非均相体系荧光定量分析理论和模型的基础上，结合比率型荧光探针特点，建立适用于非均相体系的比率型荧光传感定量分析理论和模型；3）通过将强度变化型荧光探针与纳米珠技术相结合，建立适用于非均相体系的广义比率型荧光传感定量分析理论和模型。本课题的最终研究成果将能够突破传统的荧光化学生物传感技术的设计理念，拓展荧光化学生物传感技术的应用领域并提高其定量分析结果的准确度，可望为生物医学、食品安全、以及环境保护等研究领域提供重要的检测工具，为我国经济建设和社会发展服务。

由于非均相体系中存在的散射物质的散射效应和吸光物质的吸收效应严重影响待测荧光物质荧光光谱信号的形状和强度，使得现有的荧光化学生物传感理论和技术不适用于非均相体系的定量分析。为了实现应用荧光化学生物传感技术对复杂非均相体系进行准确的定量分析，本项目弄清了散射效应和吸收效应对待测物质荧光光谱信号的影响规律，建立了新型非均相体系荧光定量分析理论和模型。在非均相体系荧光定量分析理论和模型的基础上，结合比率型荧光探针特点，建立了适用于非均相体系的比率型荧光传感定量分析理论和模型。通过将强度变化型荧光探针与纳米珠技术相结合，建立了适用于非均相体系的广义比率型荧光传感定量分析理论和模型。本课题的研究成果突破了传统的荧光化学生物传感技术的设计理念，拓展了荧光化学生物传感技术的应用领域，并提高了其定量分析结果的准确度，为生物医学、食品安全、以及环境保护等研究领域提供了重要的检测工具。