Photonic crystal technology for biomolecular assay

用于生物分子测定的光子晶体技术

基本信息

  • 批准号:
    7140316
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.21万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-09-21 至 2008-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): A novel technique based on photonic crystals (PC) will be developed and used to construct an extremely sensitive instrument for the study of biomolecular affinities and binding kinetics. We have previously demonstrated that a narrow midgap transmission peak can be formed and a local field enhancement can be achieved when a defect layer is sandwiched between two PCs. In this R21 application, we will explore for the first time the possibility to use only one PC in a total internal reflection geometry, so that the defect layer becomes accessible for binding of analyte molecules. When the defect layer is doped with absorbing materials, the spectrum of the reflected light from this PC structure will have a very narrow but prominent dip due to the enhanced absorption in the defect layer. The dip wavelength will depend very sensitively on the thickness and/or refractive index of the biomolecules bound to the defect layer. This will enable highly sensitive measurements of the binding of biomolecules and the kinetics of this process. We will focus on developing this novel methodology and constructing a highly sensitive PC based instrument. First, we will optimize our design of the PC structure based on comprehensive theoretical modeling and numerical simulations in order to achieve the maximum detection sensitivity. Then we will construct a working system using the optimized PC structure as a critical component. We will also explore several possible detection modes and develop related software for data analysis and interpretation. Finally, this instrument will be tested using several biological model systems in order to demonstrate its applicability. This new instrument will possess a number of advantages over the currently widely used surface plasmon resonance (SPR) based instrument and other waveguide based instruments. It will have the capability to study, in a quantitative manner and without requirement of labeling, many different dynamic molecular interactions in real time, allowing affinity measurements, concentration determinations of specific analytes, and kinetic analyses. We will compare directly the sensitivity of our technique to that of commercially available state-of- the-art SPR-based systems. CRITIQIUE
描述(由申请人提供): 一种基于光子晶体(PC)的新技术将被开发并用于构建一种用于研究生物分子亲和力和结合动力学的极其灵敏的仪器。我们以前已经证明,当缺陷层被夹在两个PC之间时,可以形成一个窄的中间禁带透射峰,并且可以实现局部场增强。在这个R21应用中,我们将首次探索在全内反射几何结构中仅使用一个PC的可能性,以便缺陷层可用于分析物分子的结合。当缺陷层掺杂吸收材料时,由于缺陷层的吸收增强,这种PC结构的反射光的光谱将有一个非常窄但明显的凹陷。DIP波长将非常敏感地依赖于结合到缺陷层的生物分子的厚度和/或折射率。这将使生物分子的结合和这一过程的动力学的高度敏感的测量成为可能。 我们将致力于开发这一新的方法学,并构建一种基于PC的高灵敏度仪器。首先,我们将在综合理论建模和数值模拟的基础上对PC结构进行优化设计,以达到最大的检测灵敏度。然后,我们将构建一个工作系统,使用优化后的PC结构作为关键部件。我们还将探索几种可能的检测模式,并开发相关软件进行数据分析和解释。最后,将使用几个生物模型系统对该仪器进行测试,以验证其适用性。与目前广泛使用的基于表面等离子体共振(SPR)的仪器和其他基于波导的仪器相比,这种新的仪器具有许多优点。它将有能力以定量的方式研究许多不同的动态分子相互作用,允许亲和力测量、特定分析物的浓度测定和动力学分析,而不需要标记。我们将直接将我们的技术与商业上最先进的基于SPR的系统的灵敏度进行比较。 克里蒂奇

项目成果

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