CAREER: Biomolecular Nanophotonic Fabry-Perot Interferometry (BioNanoFPI)

职业:生物分子纳米光子法布里-珀罗干涉仪 (BioNanoFPI)

基本信息

  • 批准号:
    1461841
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 12.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-09-01 至 2015-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

CAREER: Biomolecular Nanophotonic Fabry-Perot Interferometry (BioNanoFPI)The proposes to design a Biomolecular Nanophotonic Fabry-Perot Interferometer (BioNanoFPI) platform that will allow scalable parallel detection of multiple bio-agents with concentrations in the femtomole range and ease-of-operation using a broadband white light source instead of a laser. The development of a polymer-based micromachined FPI (µFPI) with integrated nanostructures will enable a BioNanoFPI platform that allows for the creation of two-dimensional, highly-multiplexed, inexpensive arrays to conduct large-scale parallel screening of chemical and biomedical libraries.The objective of this CAREER project is to establish a significant advancement in biomolecular nanophotonics by theoretical modeling and interfacing liquid-state biopolymers to solid-state nanophotonic and micromachined devices. There are three main components of this career development plan. The scientific component of this project focuses on: (i) the theoretical modeling and understanding of and experimental confirmation of the signal enhancement mechanism of the nanopillar plasmonic substrates, and the interactions between the nanopillar-plasmonic substrates and micromachined Fabry-Perot Interferometry (µFPI); (ii) the theoretical modeling of the dielectric behavior of biopolymers and experimental elucidation of interactions of antibodies and antigens in the nanostructured Fabry-Perot cavity. The technological component of this project focuses on: (i) the development of an inexpensive nanofabrication process to construct a nanopillar array for plasmonic substrates; (ii) the precise control of sub100 nm nanostructure/nanopillar arrays in the µFPI cavity for highly sensitive label free bioassays, and a robust batch fabrication method of nanostructure-filled polymer-based µFPI arrays integrated with micro and nanofluidic networks. Intellectual merit: This proposed research will help advance fundamental knowledge of signal enhancement mechanisms of the nanopillar plasmonic substrates and the BioNanoFPI micro/nanosystem. Understanding the fundamental physical mechanism of this micro/nanosystem might trigger other important ideas and innovations for bionanotechnology applications. This research has a broad range of applications to pathogen, disease detection, environmental monitoring and security. In addition, drug screening and discovery can benefit tremendously by using high throughput multiplexed label-free biosensing.Broader impacts: The PI proposes a coherent and comprehensive education, dissemination and outreach component that includes developing a new technical elective course ?Introduction to Nano-biophotonics,? integrating research results with existing nano and micro courses, mentoring graduate, undergraduate and underrepresented students and dissemination and outreach to the local community. A webpage will be designed especially to disseminate the outcomes of ?Introduction to Nano-biophotonics.? The proposed educational and outreach program will be accomplished through the NSF-sponsored REU program at Louisiana Tech to educate undergraduate students and through the NSF-sponsored NERO program to educate women and under-represented students in K-12, high school and prospective students from local small rural and small town schools. The overall educational goal is to help next-generation workforce development by training students to carry out research with sound theory and allowing them to gain hands-on laboratory skills for their advanced careers.
职业:生物分子纳米型Fabry-perot干涉仪(Bionanofpi)设计生物分子纳米光子Fabry-perot干涉仪(Bionanofpi)平台的建议,该平台将允许使用多种浓度的多种生物量的浓度使用宽阔的白色lighters lighters lighters lighters lighters lighters lighters lighters light lights lights light light light light light light light。与集成纳米结构的基于聚合物的微加工FPI(µFPI)的开发将使Bionanofpi平台能够建立二维,高度多重的,廉价的阵列来创建该职业生涯的纽约市图书馆的大规模筛选。并将液态生物聚合物与固态纳米光子和微机械装置进行接口。该职业发展计划有三个主要组成部分。该项目的科学组成部分的重点是:(i)对纳米颌骨等离子底物的信号增强机制的理论建模和理解和实验确认,以及纳米质质子底物和微机械型fabry-fabry-perot - 实验室(µFPI)之间的相互作用; (ii)生物聚合物的顽固行为的理论建模以及纳米结构的Fabry-Perrot腔中抗体和抗原相互作用的实验性阐明。该项目的技术组成部分重点是:(i)开发廉价的纳米制造过程,以构建纳米乳阵阵列的血浆式底物; (ii)对高度敏感的无生物测定物的µFPI腔中亚100 nm纳米结构/纳米阵列的精确控制,以及与微型和纳米型网络集成的基于纳米结构填充聚合物的µFPI阵列的可靠批量制造方法。智力优点:这项拟议的研究将有助于促进纳米浆纤溶酶底物和bionanofpi微型/纳米系统的信号增强机制的基本知识。了解该微/纳米系统的基本物理机制可能会触发BiionAnotechnology应用的其他重要思想和创新。这项研究在病原体,疾病检测,环境监测和安全性方面有广泛的应用。此外,药物筛查和发现可以通过使用高吞吐量多重标签的生物传感来极大地受益。Boader的影响:PI提案是一种连贯而全面的教育,传播和外展成分,包括开发新的技术选择性课程?介绍了纳米生物学的介绍,?将研究结果与现有的Nano和Micro课程,心理毕业生,本科和代表性不足的学生以及传播以及向当地社区的传播和宣传。将特别设计一个网页,以传播纳米生物探测的介绍的结果。拟议的教育和外展计划将通过路易斯安那理工大学的NSF赞助的REU计划来完成,以教育本科生,并通过NSF赞助的Nero计划,以教育K-12的女性和代表性不足的学生,高中和来自当地小型农村小镇学校的前瞻性学生。总体教育目标是通过培训学生通过合理的理论进行研究,并允许他们为自己的高级职业获得动手实验室技能来帮助下一代劳动力发展。

项目成果

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