石墨烯量子点在蛋白质检测与识别中的应用研究

The aim of this work is to investigate the applications of graphene quantum dots(GQDs) in the detection and discrimination of protein species, based on the unique properties of GQDs. It includes: The studies on the preparation of GQDs and the functionlization methodologies to control and improved its spectroscopic performance, and the relations between the structures of GQDs and its spectral behaviors. The investigations on the interactions between GQDs and protein species, the effect of protein on GQDs' spectral behaviors, and the development of novel protein quantitative methods using GQDs as probe. The possibility to provide dynamitic in formations for protein purification by the construction of visible protein adsorption. The development of rapid, sensitive and high resolved imaging protocol using GQDs as the spectral probe and its applications in the protein assay after electrophoresis separation. The possibility to provide quantitative and qualitative information for serum protein assay. The development of three-ways spectral array sensing system based on the absorbance, fluorescence and light scattering behaviors of GQDs. The application of this array sensing system in the discrimination and identification of multi-protein-included samples. The investogation on the preformances of GQDs as novel surface-enhanced raman spectroscopy(SERS) substrates. The development of SERS detection methods for protein quantitative assay.

本项目拟根据石墨烯量子点的光谱特性，开展其在蛋白质检测与识别中的应用研究，主要包括： 研究光谱性能稳定的石墨烯量子点制备与功能化方法，确定石墨烯量子点结构与其光谱性能之间构-效关系； 研究石墨烯量子点与蛋白质之间的相互作用，探索蛋白质对石墨烯子点光谱性能的影响，建立特定蛋白质组分的新型定量分析方法。探索建立蛋白质的可视化吸附过程，为蛋白质分离纯化提供相关动力学信息。 以石墨烯量子点为荧光探针，建立快速、灵敏、高分辨的电泳后蛋白质成像与检测新方法，为血清蛋白质组学分析提供性/量方面的相关信息 基于石墨烯量子点的三维光谱(吸收、荧光与散射)性能，建立多通道蛋白质传感阵列系统用于多蛋白质组份的识别与鉴定。 研究石墨烯量子点作为新型表面增强拉曼光谱基底的表现性能，并建立相应的蛋白质分析检测方法。

石墨烯量子点是一种新型的碳基纳米材料，具有优良的光学性质。本项目主要是根据石墨烯量子点的光谱特性及其调控制备方法，开展了其在传感、蛋白质区分与识别中的应用研究，主要包括以下研究工作：.1、 采用杂元素掺入的方式实现了石墨烯量子点的光谱调控，通过掺杂后石墨烯量子点的结构分析阐述了石墨烯量子点光谱性能与其结构之间的对应关系，为石墨烯量子点光谱探针的性能调控及制备以及应用范畴的拓展提供了相关理论依据。.2、 通过共价键合等技术构建了一系列石墨烯量子点基的功能光谱探针，并根据这些探针与生物样品中特定组分如半胱氨酸等的相互作用建立了相应的快速、灵敏的高选择性检测方法，为生物样本分析提供了精准的定量信息。.3、 基于石墨烯量子点与蛋白质之间的相互作用，以石墨烯量子点和AuNPs为传感单元，构建了用于多蛋白组分的高灵敏区分/识别传感系统，实现了nM级的蛋白质组份和同源细菌的区分识别，为蛋白质分析提供了新的技术平台。.4、 基于功能化石墨烯材料、杂多酸材料以及磁性纳米材料与特定蛋白质的相互作用，建立了生物样品中特定种类、类别蛋白质的吸附去除或分离纯化过程，并对吸附机理进行了详细阐述，可为新型蛋白质萃取分离体系的设计与开发提供理论指导。.5、 开发了疏水性碳基荧光探针的可控制备方法，并以其为探针实现特定细胞器的精准定位成像和pH可视化检测；为细胞内蛋白组份的成像分析提供了新思路。