Collaborative Research: Evaporation-Driven Optofluidic Biosensors using Photonic Crystal Biosilica

合作研究:使用光子晶体生物二氧化硅的蒸发驱动光流控生物传感器

基本信息

  • 批准号:
    1701339
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.05万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The goal of this research project is to explore sensing of biological substances using naturally occurring diatoms, which are a group of single-celled algae found in nature that have been shown to possess unique properties suitable for biosensing applications. This research could lead to new methods to detect many types of biomolecules, which would in turn positively impact pollution monitoring, hazardous material detection, and early disease diagnosis. The integration of this research with education and outreach efforts benefits both graduate and undergraduate students at Oregon State University and Washington State University-Vancouver. Programmatic topics on nanophotonic technology and microfluidics are being added to curricula of these institutions, and efforts are underway to try to broaden the participation of under-represented minorities, women and K-12 students at these institutions through the summer research programs. Evaporation-induced capillary flow in micro- and nano-scale structures can sustain a liquid flow without external pumps, and this can be a desirable feature for biosensing. The goal of this research project is to develop a new type of evaporation-driven, optofluidic biosensor using diatom photonic crystal biosilica. Diatoms are a group of single-celled photosynthetic algae that use biochemical pathways to biomineralize and self-assembled three-dimensional photonic crystals with unique photonic and micro- and nano-fluidic properties. Three aims are being pursued: 1) investigation of evaporation-induced capillary forces in the arrayed micro- and nanopores of diatom biosilica; 2) development of an optofluidic biosensor with enhanced light-matter interactions through in-pore plasmonic nanoparticles and 3) enabling a lab-on-chip optofluidic sensing system for trace level of biomarker detection, specifically for histamine as allergy biomarkers, using surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensing. This research could lead to label-free sensing of many small biomolecules, which would positively impact pollution monitoring, hazardous material detection, and early disease diagnosis. The synergy of the research and education parts of this project benefits both graduate and undergraduate students at Oregon State University and Washington State University-Vancouver by enhancing their curricula with nanophotonic technology and microfluidics topics. The research project also has a component of broadening the participation of under-represented minorities, women and K-12 students through summer research programs.
该研究项目的目的是使用天然存在的硅藻探索对生物物质的传感,这些硅在自然界中发现的一组单细胞藻类,这些藻类已被证明具有适合生物传感应用的独特特性。 这项研究可能导致新方法检测多种类型的生物分子,这反过来又会对污染监测,危险物质检测和早期疾病诊断产生积极影响。 这项研究与俄勒冈州立大学和华盛顿州立大学 - 旺科瓦的教育和外展工作的整合使研究生和本科生。 这些机构的课程正在添加有关纳米流通技术和微流体学的程序化主题,并正在努力通过夏季研究计划来扩大代表性不足的少数民族,妇女和K-12学生在这些机构中的参与。微观和纳米尺度结构中蒸发引起的毛细血管流可以维持液体流动,而无需外部泵,这可能是生物传感的理想特征。该研究项目的目的是使用硅球光子晶体生物硅硅硅开发一种新型的蒸发驱动的Optofluidic生物传感器。硅藻是一组单细胞光合藻类,它们使用生化途径将具有独特的光子和微富特性的生物矿化和自组装三维光子晶体进行生物矿化和自组装。正在追求三个目的:1)对硅藻生物硅阵列的微孔和纳米孔中蒸发诱导的毛细作用的研究; 2)开发通过孔隙等离激元纳米颗粒增强的光荧光生物传感器,3)启用实验室芯片片段的光氟纤维传感系统,用于痕量的生物标志物检测水平,专门用于组合作为Alsergy BioMarkers,使用表面增强的Raman Raman(s sersane)传感。 这项研究可能导致许多小型生物分子的无标记感应,这将对污染监测,危险物质检测和早期疾病诊断产生积极影响。该项目的研究和教育部分的协同作用使俄勒冈州立大学和华盛顿州立大学 - 旺加的研究生和本科生通过纳米局技术和微流体学主题来增强其课程,从而使研究生和本科生受益。该研究项目还具有通过夏季研究计划扩大代表性不足的少数民族,妇女和K-12学生的参与的组成部分。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Evaporation-Based Microfluidic Pump Using Super-Hydrophilic Diatom Biosilica Thin Films
  • DOI:
    10.1115/ht2019-3502
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    H. Jarrett;Micah Wade;Joseph A. Kraai;G. Rorrer;Alan X. Wang;H. Tan
  • 通讯作者:
    H. Jarrett;Micah Wade;Joseph A. Kraai;G. Rorrer;Alan X. Wang;H. Tan
A Low-Cost Flash Photographic System for Visualization of Droplets in Drop-on-Demand Inkjet
  • DOI:
    10.2352/j.imagingsci.technol.2018.62.6.060502
  • 发表时间:
    2018-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Jiang, Huicong;AndrewMerritt, Brett;Tan, Hua
  • 通讯作者:
    Tan, Hua
A numerical investigation of puddle jumping
  • DOI:
    10.1063/1.5139235
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Avhad, Amit;Tan, Hua;Weislogel, Mark
  • 通讯作者:
    Weislogel, Mark
Jet Formation After Droplet Impact on Microholed Hydrophilic Surfaces
液滴撞击微孔亲水表面后形成射流
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Md Nur E Alam;Hua Tan
  • 通讯作者:
    Hua Tan
Droplet Impact on a Micro-structured Hydrophilic Surface: Maximum Spreading, Jetting, and Partial Rebound
  • DOI:
    10.1016/j.ijmultiphaseflow.2022.104235
  • 发表时间:
    2022-08-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Asai, Brooklyn;Tan, Hua;Siddique, Anayet Ullah
  • 通讯作者:
    Siddique, Anayet Ullah
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