基于分子探针技术的化学计量学定量分析理论及其应用研究

The presence of practically unavoidable matrix effects from the spectroscopically inactive compounds (which may enhance or suppress intensities of spectral measurements of samples) and background interference effects from the spectroscopically active compounds other than the analytes of interest in real-world complex samples can significantly affect the precision and accuracy of quantitative results of optical chem/bio sensing techniques, and hence greatly hinder the application of optical chem/bio sensing techniques to real-world complex samples. This proposal aims to harmoniously combine chemometrics with optical chem/bio sensing techniques, and develop advanced chemometric theories and methods applicable to the field of optical chem/bio sensors which includes: 1) novel calibration strategy based on molecular probes and background projection, 2) novel optimization strategy for parameters of calibration models based on standard addition samples, 3) generalized standard addition multivariate calibration method for quantitative analysis of real-world complex samples. Under different conditions, these advanced chemometric methods can solve the problems of matrix effects and background interference effects, and hence realize the quantitative analysis of real-world complex samples using optical chem/bio sensing techniques. The most significant contributions from this research will be: 1) to extend research direction in chemometric field, 2) to greatly improve the precision and accuracy of quantitative results of optical chem/bio sensing techniques, 3) to open up an avenue for quantitative analysis of real-world complex systems using optical chem/bio sensing techniques in fields such as biomedical sciences, food safety and environmental protection.

在使用光化学生物传感技术对复杂样本中待测物质进行定量分析的过程中不可避免地会遇到待测样本中具有光谱活性共存物质的背景干扰效应和不具光谱活性共存物质的基质效应（对样本光谱信号产生抑制或增强作用），从而难以获得准确的定量分析结果。本项目拟致力于将化学计量学理论与光化学生物传感技术有机地结合起来，发展适用于光化学生物传感定量分析的新型化学计量学理论和方法，包括：1）基于分子探针技术的背景投影校正策略；2）基于加标样本的校正模型参数优化策略；3）适用于实际复杂体系定量分析的广义标准加入多元校正策略。这些新型化学计量学方法能够在各自不同的条件下解决待测样本中背景干扰效应和基质效应问题，实现使用光化学生物传感技术对复杂样本进行准确定量分析。本课题的最终研究成果将能够拓展化学计量学研究内容和方向，提高光化学生物传感技术定量分析结果的准确度，可望为生物医学、食品安全、以及环境保护等领域提供重要的检测工具。

在使用光化学生物传感技术对复杂样本中待测物质进行定量分析的过程中不可避免地会遇到待测样本中具有光谱活性共存物质的背景干扰效应和不具光谱活性共存物质的基质效应（对样本光谱信号产生抑制或增强作用），从而难以获得准确的定量分析结果。为了解决上述问题，本项目开展了相关研究工作，并获得了以下主要成果：1）发展了基于分子探针技术的背景投影校正策略和基于加标样本的校正模型参数优化策略，成功消除了背景干扰效应对光化学生物传感定量分析结果的影响；2）建立了广义标准加入多元校正策略，解决了在使用光化学生物传感技术对实际复杂样本中待测物质进行定量分析过程中所遇到的基质效应问题；3）将开发出的基于探针技术的背景投影校正策略、基于加标样本的校正模型参数优化策略和广义标准加入多元校正策略与光化学生物传感技术相结合，成功应用于了多个实际复杂体系的定量分析；4）将本研究小组发展的先进化学计量学理论应用于指导设计了多种新型化学生物传感平台，实现了传统化学生物传感技术难以实现或无法实现的某些复杂体系的准确定性和定量分析。本项目的研究成果能够显著提升化学生物传感技术对复杂样本定量分析结果的准确度，拓展了化学生物传感技术的应用领域，为生物医学、食品安全、以及环境保护等领域提供重要的检测工具。