SBIR Phase I: Design of custom ultrasonic lens for uniform sonication of biological samples in microplates
SBIR 第一阶段:设计定制超声波透镜,用于对微孔板中的生物样品进行均匀超声处理
基本信息
- 批准号:1938293
- 负责人:
- 金额:$ 22.5万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-02-01 至 2022-01-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project is the development of a high-throughput, low-cost solution to alleviate a major bottleneck in genomics and cancer research. Special next-generation sequencing (NGS) workflows have become one of the most important tools for personalized medicine, helping scientists discover new ways to diagnose cancer and other diseases, ultimately improving patient outcomes. While sequencing platforms continue to advance technologically, less attention has been given to improving the necessary and difficult step of fragmenting or shearing genomic DNA (gDNA) to prepare samples for NGS. An estimated 75-80% of work activity in a modern-day analytical lab is spent on processing and preparing samples. The current industry standard for gDNA shearing requires expensive instrumentation ($150,000), and can require more than 2 hours to serially process 96-samples. Less expensive alternative solutions perform inconsistently, and are not amenable for high-throughput applications. A critical need exists for a high-throughput, low-cost solution for parts of this process. The proposed project is focused on developing a targeted lens technology for a high-throughput, low-cost sonication device. The ultimate goal of this project is to make sample processing for NGS applications inexpensive, consistent, fast, and widely available.This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project aims to develop a transformative solution to inconsistent, costly, and cumbersome sample processing for NGS. The Targeted Multifocal Lens (TML) technology will enable consistent, parallel gDNA shearing of 96 samples in a standard PCR microplate, improving by an order of magnitude both throughput speed and reduced capital costs. The TML technology employs kinoform theory to enable focused sonication of multiple samples using just a single acoustic source, thus eliminating the need for robotic scanning systems. In Phase I, we will design and prototype a novel bath-type sonicator that integrates with the TML technology. We will perform theoretical and experimental modeling and characterization to demonstrate feasibility of TML for consistent sonication of a 96-well microplate. We will finally validate the performance of the prototype sonicator by shearing 96 samples of gDNA in parallel, in under 15 minutes.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这个小企业创新研究(SBIR)第一阶段项目的更广泛的影响/商业潜力是开发一种高通量,低成本的解决方案,以缓解基因组学和癌症研究的主要瓶颈。特殊的下一代测序(NGS)工作流程已成为个性化医疗最重要的工具之一,帮助科学家发现诊断癌症和其他疾病的新方法,最终改善患者的预后。 虽然测序平台在技术上不断进步,但对改进片段化或剪切基因组DNA(gDNA)以制备用于NGS的样品的必要且困难的步骤的关注较少。 在现代分析实验室中,估计75 - 80%的工作活动用于处理和制备样品。目前gDNA剪切的行业标准需要昂贵的仪器(150,000美元),并且可能需要超过2小时来连续处理96个样品。较便宜的替代解决方案表现不一致,并且不适合高通量应用。 对于该过程的一部分,迫切需要高通量、低成本的解决方案。拟议项目的重点是开发一个有针对性的透镜技术的高通量,低成本的超声设备。该项目的最终目标是使NGS应用程序的样品处理成本低廉、一致、快速且广泛可用。该小型企业创新研究(SBIR)第一阶段项目旨在为NGS开发一种变革性的解决方案,以解决不一致、昂贵和繁琐的样品处理问题。 靶向多焦点透镜(TML)技术将能够在标准PCR微孔板中对96个样品进行一致、平行的gDNA剪切,从而将通量速度和降低的资本成本提高一个数量级。 TML技术采用相息图理论,仅使用单个声源就能对多个样品进行聚焦超声处理,从而消除了对机器人扫描系统的需求。在第一阶段,我们将设计和原型一种新型的浴式超声波仪,集成了TML技术。我们将进行理论和实验建模和表征,以证明TML用于96孔微孔板的一致超声处理的可行性。我们最终将通过在15分钟内并行剪切96个gDNA样本来验证原型超声仪的性能。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Acoustic holograms for directing arbitrary cavitation patterns
- DOI:10.1063/5.0035298
- 发表时间:2021-02-01
- 期刊:
- 影响因子:4
- 作者:Kim, Jinwook;Kasoji, Sandeep;Dayton, Paul A.
- 通讯作者:Dayton, Paul A.
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