RAPID: Plasmonic Optoelectronic Immunosensing for Point-Of-Care Virus Infection Screening

RAPID:用于即时病毒感染筛查的等离子光电免疫传感

基本信息

项目摘要

The timely screening and quarantining of SARS-CoV-2 virus carriers are extremely critical to prevent the aggressive COVID-19 transmission. Motivated by the urgent need of rapid, sensitive, and reliable tests of coronavirus infection, this project aims to deliver a handheld diagnostic module for direct detection of the virus without complex and time-consuming nucleic acid amplification process. The battery-operated portable system can be broadly deployed in various locations (e.g., a port of entry, remote clinic, drive-through test center, etc.). The smartphone-connected module is designed to enable wireless cloud data collection/sharing to track the locations and numbers of infection outbreaks for epidemiological surveys and alerts. Additionally, this biosensor module can be readily adapted for screening other viral species in future epidemics.This innovative technology strategically integrates plasmonic biosensing and ultralow-noise photodetection to enable rapid, ultra-sensitive colorimetric detection of SARS-CoV-2 virus and its structural proteins using a disposable microfluidic chip. The specific aims of this project are (1) synthesis of novel antibody- or aptamer-conjugated nanoprobe materials for plasmonic biosensing, (2) nanofabrication of 2D transition metal dichalcogenide photodetectors for low-power, ultralow-noise near-infrared optical signal detection, (3) development of theoretical kinetic model and fundamental understanding of scientific principles that lead to an optimal transient response of the nanoprobe assay, and (4) system integration of biosensor components.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.
及时筛查和隔离SARS-CoV-2病毒携带者对于防止COVID-19的侵袭性传播至关重要。基于对新型冠状病毒感染快速、灵敏、可靠检测的迫切需求,本项目旨在提供一种无需复杂、耗时的核酸扩增过程,直接检测病毒的手持式诊断模块。电池供电的便携式系统可以广泛地部署在各种地点(例如,入境口岸,远程诊所,免下车测试中心等)。连接智能手机的模块旨在实现无线云数据收集/共享,以跟踪感染暴发的位置和数量,用于流行病学调查和警报。此外,这种生物传感器模块可以很容易地适应筛选其他病毒物种在未来的流行病。这项创新技术战略性地集成了等离子体生物传感和超低噪声光检测,可以使用一次性微流控芯片对SARS-CoV-2病毒及其结构蛋白进行快速、超灵敏的比色检测。该项目的具体目标是:(1)合成用于等离子体生物传感的新型抗体或适配体共轭纳米探针材料;(2)纳米制造用于低功耗、超低噪声近红外光信号检测的二维过渡金属二硫化物光电探测器;(3)建立理论动力学模型和对科学原理的基本理解,从而实现纳米探针检测的最佳瞬态响应;(4)生物传感器组件的系统集成。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,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(2)
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专利数量(0)
A digital protein microarray for COVID-19 cytokine storm monitoring.
用于COVID-19细胞因子暴风雨监测的数字蛋白微阵列。
  • DOI:
    10.1039/d0lc00678e
  • 发表时间:
    2021-01-21
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Song Y;Ye Y;Su SH;Stephens A;Cai T;Chung MT;Han MK;Newstead MW;Yessayan L;Frame D;Humes HD;Singer BH;Kurabayashi K
  • 通讯作者:
    Kurabayashi K
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Katsuo Kurabayashi其他文献

Tracking inflammation status for improving patient prognosis: A review of current methods, unmet clinical needs and opportunities
追踪炎症状态以改善患者预后:对当前方法、未满足的临床需求及机遇的综述
  • DOI:
    10.1016/j.biotechadv.2025.108592
  • 发表时间:
    2025-09-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    12.500
  • 作者:
    Vidya Raju;Revanth Reddy;Arzhang Cyrus Javan;Behnam Hajihossainlou;Ralph Weissleder;Anthony Guiseppi-Elie;Katsuo Kurabayashi;Simon A. Jones;Rose T. Faghih
  • 通讯作者:
    Rose T. Faghih
Covalent Conjugation of Antibodies to Biomolecular-Motor Driven Shuttles
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2011.11.3808
  • 发表时间:
    2012-01-31
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Jenna Campbell;Dibyadeep Paul;Katsuo Kurabayashi;Edgar Meyhofer
  • 通讯作者:
    Edgar Meyhofer
Uniform-temperature, microscale thermal modulator with area-adjusted air-gap isolation for comprehensive two-dimensional gas chromatography
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  • 发表时间:
    2013-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Sung-Jin Kim;Katsuo Kurabayashi
  • 通讯作者:
    Katsuo Kurabayashi
Efficient molecular evolution to generate enantioselective enzymes using a dual-channel microfluidic droplet screening platform
  • DOI:
    doi:10.1038/s41467-018-03492-6
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Fuqiang Ma;Meng Ting Chung;Yuan Yao;Robert Nidet;Lap Man Lee;Allen P. Liu;Yan Feng;Katsuo Kurabayashi;Guang-Yu Yang
  • 通讯作者:
    Guang-Yu Yang
A Novel Experimental Platform for DNA Mechanics Assays
  • DOI:
    10.1016/j.bpj.2008.12.1435
  • 发表时间:
    2009-02-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Diane M. Wiener;Troy A. Lionberger;Steven A. Schrader;Katsuo Kurabayashi;Edgar Meyhöfer
  • 通讯作者:
    Edgar Meyhöfer

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  • 通讯作者:
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I-Corps: A diagnostic platform for the analysis of biomarkers in multiplexed immunoassays
I-Corps:用于在多重免疫分析中分析生物标志物的诊断平台
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    2021
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    2021
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基于纳米技术的可穿戴生物传感器,用于持续监测炎症免疫疾病
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    1263889
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    2013
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  • 批准号:
    1305667
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
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Biomolecular Motor Smart Microarrays: Self-Contained, High-Throughput, Ultrasensitive Multiplexed Biomolecular Sensing
生物分子马达智能微阵列:独立、高通量、超灵敏的多重生物分子传感
  • 批准号:
    0966723
  • 财政年份:
    2010
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    $ 20万
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    0601237
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RF MEMS 微接触中电热传输的多尺度、多物理场建模和表征
  • 批准号:
    0330963
  • 财政年份:
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  • 批准号:
    0092716
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
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相似海外基金

Plasmonic Mg-based catalysts for low temperature sunlight-assisted CO2 activation (MgCatCO2Act)
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    2304910
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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