Collaborative Research: Single-Molecule Electrofluorochromic Sensing

合作研究:单分子电荧光变色传感

基本信息

  • 批准号:
    2305013
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 64.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2026-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With support from the Chemical Measurement and Imaging Program in the Division of Chemistry and partial co-funding from the Established Program to Stimulate Competitive Research, Professor Takashi Ito and his group at Kansas State University aims to create fundamental knowledge required to develop new measurement tools for medical diagnostics and fundamental biochemical studies, in collaboration with Professor Amar Flood and his group at Indiana University, Bloomington. This collaborative project aims to develop novel fluorescent molecules for highly sensitive detection of oxidation-reduction processes, to examine single molecule measurement techniques for quantification of electrode reaction kinetics, and to establish a highly sensitive and precise biosensing method. In depth understanding of electrode reaction processes at the single molecule level has the potential to provide valuable information to facilitate improving the performance of electrochemical biosensors and opto-electronic devices. In the course of these studies, research topics will be integrated into educational activities via new lab experiments that meet American Chemical Society accreditation requirements for BS degrees. Efforts to broaden participation in STEM (science, technology, engineering and mathematics) disciplines include a multidisciplinary research symposium targeting students and professors at primarily undergraduate institutions.This collaborative project seeks fundamental insights needed to develop highly sensitive and precise multiplexed biosensors. Specifically, the team seeks to design and synthesize small fluorescent molecules that exhibit reversible ON-OFF switching upon oxidation/reduction (electroswitchable fluorophores) and are suitable for covalent conjugation. In sample applications, potential modulation will be used for fluorescence quantification of the electrode reaction kinetics of single electroswitchable fluorophores tethered to DNA probes, with an aim of improved understanding of the relationship between the single-molecule electrode reaction kinetics and the performance of folding-based DNA sensors. An ultimate aim is calibration-free single-molecule DNA sensing which, if successful, would constitute a significant achievement and have broad scientific impact well beyond these studies.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.
在化学系化学测量和成像计划的支持下,以及刺激竞争性研究的既定计划的部分共同资助下,堪萨斯州立大学的Takashi Ito教授和他的团队旨在与布卢明顿的印第安纳州大学的Amar Flood教授和他的团队合作,创造开发用于医学诊断和基础生物化学研究的新测量工具所需的基础知识。 该合作项目旨在开发用于高灵敏度检测氧化还原过程的新型荧光分子,研究用于定量电极反应动力学的单分子测量技术,并建立高灵敏度和精确的生物传感方法。 在单分子水平上对电极反应过程的深入理解有可能提供有价值的信息,以促进改善电化学生物传感器和光电器件的性能。 在这些研究的过程中,研究课题将通过新的实验室实验,满足美国化学学会认证的BS学位要求整合到教育活动中。 为了扩大STEM(科学、技术、工程和数学)学科的参与,我们举办了一个多学科研究研讨会,主要面向本科院校的学生和教授。该合作项目旨在寻求开发高灵敏度和精确度的多路复用生物传感器所需的基本见解。具体来说,该团队试图设计和合成小荧光分子,这些分子在氧化/还原时表现出可逆的ON-OFF开关(电可切换荧光团),并且适合于共价缀合。 在样品应用中,电位调制将用于连接到DNA探针的单个电可切换荧光团的电极反应动力学的荧光定量,目的是提高对单分子电极反应动力学与基于折叠的DNA传感器的性能之间的关系的理解。 最终目标是免校准单分子DNA传感,如果成功,将构成一项重大成就,并具有远远超出这些研究的广泛科学影响。该奖项反映了NSF的法定使命,并被认为值得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来支持。

项目成果

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