Rapidly Adaptable and Mass-Producible Microscopic Chiplets for Minimally-Instrumented Respiratory Viral Screening

用于微仪器呼吸道病毒筛查的快速适应性和可大规模生产的显微芯片

基本信息

  • 批准号:
    10348469
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 11.43万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-10 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Objective: Respiratory viral infections affect millions of individuals each year. Conducting frequent widespread viral screening tests can curb outbreaks by quickly identifying infectious persons. Unfortunately, no screening diagnostic platform exists with the capacity to test hundreds of millions of people daily during a pandemic. This proposal is the first step in developing a novel viral screening test to fill this gap. The assay will consist of microscopic circuits containing field effect transistors with antigen-specific receptors that are sensitive to particular viruses. These chiplets – barely visible to the human eye – will be powered by light and will transmit data using a light emitting diode, such that a few can be mixed into an extracted sample and illuminated with a handheld device to yield immediate results. This diagnostic will be scalable and inexpensive; millions of tiny chiplets can be fabricated simultaneously. It will be minimally instrumented; an ordinary cellphone with a strobe flash and camera will interface with the chips. It will be flexible, rapidly adaptable, and multiplexable; receptors specific to different or emerging viruses could be immobilized on distinct circuits, allowing multiple diseases to be detected simultaneously in a single patient sample. This diagnostic will thus be unmatched as a mass producible, simple to use, adaptable, and high throughput tool for frequent and widespread virus screening. Specific aims: The proposed diagnostic will be developed by pursuing the following specific aims. 1. Integrate biological field effect transistors into the existing optical wireless integrated circuit platform. 2. Develop a multiplexed detection scheme for interacting with optical wireless integrated circuits. 3. Demonstrate the test’s feasibility in a clinically relevant quantitative range using mock clinical specimens. Career development plan and career goals: Dr. Matthew Campbell (Ph.D., P.E.) is a postdoctoral researcher in the School of Engineering and Applied Science at the University of Pennsylvania, where his work is focused on fabricating microelectromechanical systems. The proposed K25 career development award will apply his nanofabrication skills toward biosensor development and extend his training and exposure into two new domains: (1) biomedical experimentation, and (2) medical biology. This proposal contains a cohesive mentorship and didactic strategy centered on these areas to accelerate his trajectory toward research independence. Completion of this multifaceted training plan will position Dr. Campbell with the cross-disciplinary skills and expertise necessary to become a leading investigator in the field of biomedical sensing diagnostics. Mentors and environment: Dr. Campbell is enthusiastically supported by the university and his strong mentoring team. His primary mentor is an expert in micromanufacturing (Prof. Igor Bargatin (Ph.D.)), and his co- mentors bring extensive experience in microscopic circuits (Prof. Marc Miskin (Ph.D.)), field effect transistor sensors (Prof. Charlie Johnson (Ph.D.) and Prof. Haim Bau (Ph.D.)), and viral respiratory tract infections (Prof. Ronald Collman (M.D.). This group will provide the ideal training situation for Dr. Campbell to develop this assay.
项目摘要 目的:呼吸道病毒感染每年影响数百万人。进行频繁 广泛的病毒筛查测试可以通过快速识别感染者来遏制疫情。可惜没有 筛查诊断平台的存在有能力测试数亿人每天在一个 流行病这项提议是开发一种新型病毒筛查测试以填补这一空白的第一步。证明试剂盒 由含有场效应晶体管的微观电路组成,场效应晶体管具有抗原特异性受体, 特定的病毒。这些小芯片--人眼几乎看不见--将由光驱动, 数据,使得少数可以混合到提取的样品中,并用发光二极管照射。 手持设备,以产生立竿见影的效果。这种诊断将是可扩展的和廉价的;数以百万计的微小 可以同时制造小芯片。它将是最低限度的仪器;一个普通的手机与频闪 闪光灯和相机将与芯片连接。它将是灵活的,适应性强,可复用的;受体 对不同的或新出现的病毒具有特异性,可以固定在不同的电路上,使多种疾病 在单个患者样本中同时检测。因此,这种诊断将是无与伦比的质量 可生产、使用简单、适应性强和高通量的工具,用于频繁和广泛的病毒筛选。 具体目标:拟议的诊断将通过追求以下具体目标来制定。 1.将生物场效应晶体管集成到现有的光无线集成电路平台中。 2.开发用于与光学无线集成电路交互的多路复用检测方案。 3.使用模拟临床标本证明该检测在临床相关定量范围内的可行性。 职业发展计划和职业目标:Matthew坎贝尔博士(博士,(P. E.)是个博士后 他是宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的研究员, 专注于制造微机电系统。K25职业发展奖将 将他的纳米纤维技术应用于生物传感器开发,并将他的培训和接触扩展到两个方面, 新领域:(1)生物医学实验,(2)医学生物学。该提案包含一个有凝聚力的 导师和教学策略集中在这些领域,以加速他的研究轨迹 独立完成这一多方面的培训计划将使坎贝尔博士成为跨学科的 成为生物医学传感诊断领域的领先研究者所需的技能和专业知识。 导师和环境:坎贝尔博士是热情支持的大学和他的强大的 指导团队。他的主要导师是微型制造专家(Igor Bargatin教授(博士)),和他的同事 导师带来了在微观电路方面的丰富经验(Marc Miskin教授(博士)),场效应晶体管 传感器(Charlie约翰逊教授(博士)和Haim Bau教授(博士)),和病毒性呼吸道感染(Prof. 罗纳德科尔曼(医学博士)。该小组将为坎贝尔博士开发该检测试剂盒提供理想的培训环境。

项目成果

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