Advanced time-resolved optical sensing and imaging systems for biomedical and environmental applications

适用于生物医学和环境应用的先进时间分辨光学传感和成像系统

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2019-07127
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Recent advances in photonics and electronics technologies are one of the driving forces behind many novel photonics devices development. Among these device technologies, optical sensing and imaging have been investigated for applications in life sciences research (e.g. microscopic imaging and analytical instruments), environmental sensing (e.g. water quality monitoring) and medical diagnosis (e.g. endoscopic imaging and laboratory test instruments). The majority of the instruments and devices operate by measuring the amplitude of the light intensity in the spatial (e.g. imaging) and spectral (e.g. spectroscopy) domain. Time-dependent intensity variation, especially at high speed, are not as widely used, even when many feasibility studies demonstrated that they provide important information for many applications. For example, comparing to intensive based measurements, fluorescence lifetime imaging (FLIM) can provide more efficient measure of protein-protein interaction at 1-10 nm scale, which could be very useful in drug discovery process. However, there is no commercial high content screening instrument with a high resolution FLIM capability for measuring protein-protein interaction. Another example is dissolved oxygen (DO) measurements. Although commercial frequency modulated DO instruments exist for more than 10 years, miniaturized lab-on-chip DO measurements are still relying on steady-state techniques and usually cost over $1000 each. In the proposed research program, we plan to study the integration of photonics, microelectronics, and mechanical components into next generation time-resolved optical sensors/imagers. Specifically, we will 1) develop technologies towards a FLIM microscope with the highest acquisition speed with high spatial and temporal resolution; 2) develop integrated time-resolved compact optofluidics sensor devices capable of continuous measurements while remain low-cost; 3) develop customized computational algorithms tailored to the detection technologies for accurate and fast time-domain parameter retrieval. The proposed advanced sensing and imaging technology program will be supported by the world class Micro/Nano material synthetization, component fabrication, characterization, and device integration facilities available at McMaster. The program will focus on integrated time-domain optical sensing and imaging device technology development. The applications of such technologies include life science analytical instruments, automated microscopy for drug discovery, and environmental monitoring. Research in these applications will be supported by project-based funding mechanisms including NSERC, OCE, and CIHR.
光子学和电子技术的最新进展是许多新型光子设备开发背后的驱动力之一。在这些设备技术中,已经研究了用于生命科学研究(例如微观成像和分析仪器),环境传感(例如水质监测)和医学诊断(例如内窥镜成像和实验室测试工具)的光学传感和成像。 大多数仪器和设备通过测量空间(例如成像)和光谱(例如光谱)域中光强度的幅度来运行。时间依赖性强度变化,尤其是在高速下,即使许多可行性研究表明它们为许多应用提供重要信息,也没有被广泛使用。 例如,与基于密集的测量相比,荧光寿命成像(FLIM)可以提供更有效的蛋白质 - 蛋白质相互作用,以1-10 nm的比例提供,这在药物发现过程中可能非常有用。但是,没有具有高分辨率FLIM能力来测量蛋白质蛋白质相互作用的商业高含量筛选仪器。另一个例子是溶解氧(DO)测量。 尽管商业频率调制的DO仪器存在超过10年,但小型片上的实验室DO测量仍依赖于稳态技术,通常每种费用超过1000美元。 在拟议的研究计划中,我们计划研究光子学,微电子和机械组件与下一代时间分解的光学传感器/成像器的整合。具体来说,我们会的 1)开发具有高空间和时间分辨率的最高采集速度的FLIM显微镜的技术; 2)开发集成的时间分辨的紧凑型光流媒体传感器设备,能够连续测量,同时保持低成本; 3)开发针对检测技术的定制计算算法,以进行准确和快速的时间域参数检索。 拟议的高级传感和成像技术计划将由McMaster提供的世界一流的微/纳米材料合成,组件制造,表征和设备集成设施支持。 该计划将着重于集成的时域光学传感和成像设备技术开发。 此类技术的应用包括生命科学分析工具,用于药物发现的自动显微镜以及环境监测。 这些应用程序的研究将得到基于项目的资金机制,包括NSERC,OCE和CIHR。

项目成果

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    RGPIN-2019-07127
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 3.35万
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    Discovery Grants Program - Individual
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    RGPIN-2019-07127
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用于环境和生物医学应用的小型化光学传感/成像技术开发
  • 批准号:
    RGPIN-2014-03710
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 3.35万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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  • 批准号:
    RGPIN-2014-03710
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