课题基金 / 基金详情

基于纳米等离激元芯片彩色显微成像和人工智能图像分析的肿瘤特征分子功能可视化检测

批准号:
91959107
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
84.0 万元
负责人:
刘钢
依托单位:
学科分类:
生物成像、电子与探针
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
宋自芳、梁珈玮、刘菊香、党棠、张维、李莹、王丹丹

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
等离激元共振(SPR)生物传感器可以实时、无需标记、高分辨率以及无背景干扰的动态测量生物分子如肿瘤标志物蛋白分子间的互相作用过程,并已经作为重要的科学实验手段广泛应用于肿瘤药物筛选,免疫治疗和肿瘤细胞通路分子互作基础研究中。然而由于受到常规SPR成像技术的制约限制了其在实际生物传感应用中的灵敏度、特异性和重复性。本项目将研究基于三维多层复合材料纳米结构SPR芯片和显微成像分析的新器件理论和实验检测方法,来实现性能增强的表面肿瘤蛋白分子互作的动态成像检测和数据分析。本项目将通过结合新型三维纳米等离激元与光学谐振耦合器件,通用明场显微彩色成像,数字化动态图像处理和人工智能机器学习图像分析相结合的方法和理论来进行并行多重肿瘤蛋白互作的动态定量可视化检测和深度的信息挖掘,从而达到在通用光学测量仪器上大幅度(几个数量级)的提高SPR生物分子动态成像灵敏度和准确性的目标。
英文摘要
Owing to the unique capability of real-time, label-free, high-resolution, and localized detections in measuring the kinetic interaction of biomolecules such as cancer biomarker proteins, surface plasmon resonance (SPR) sensing and imaging, as a powerful scientific tool, has been widely applied in cancer drug discovery and cancer biomarker studies. However conventional SPR detections including localized SPR sensors have moderate sensitivity, specificity and repeatability which prevent practical cancer molecular sensing applications. In this project we will study new theories and experimental methods for 3D nanoplasmonic devices and microscopy imaging analysis, in order to achieve enhanced dynamic detection and analysis of cancer protein interaction kinetics. By combining novel nanoplasmonic-photonic resonance coupling, generic bright-field microscopy color imaging, digital dynamic image analysis and artificial intelligence machine learning, the proposed methods permit the deep information mining of multiplexed cancer protein binding kinetics on device surface and enable significant improvement (a few orders of magnitude) in SPR biodetection sensitivity and accuracy on ubiquitous generic microscopy systems.
等离激元共振(SPR)生物传感器可以实时、无需标记、高分辨率以及无背景干扰的动态测量生物分子如肿瘤标志物蛋白分子间的互相作用过程,并已经作为重要的科学实验手段广泛应用于肿瘤药物筛选,免疫治疗和肿瘤细胞通路分子互作基础研究中。然而由于受到常规SPR成像技术的制约限制了其在实际生物传感应用中的灵敏度、特异性和重复性。本项目研究了基于三维多层复合材料纳米结构等离激元共振(NanoSPR)芯片和显微成像分析的新器件理论和实验检测方法,来实现性能增强的表面肿瘤蛋白分子互作的动态成像检测和数据分析。建立了NanoSPR芯片动态图像数字化二元处理方法,以及从实时芯片图像信息中有效提取蛋白分子浓度信息的泊松统计理论和方法。本项目通过机器学习与分子动力学模拟对NanoSPR生物传感器进行优化,利用传感器的动态彩色显微图像中相对灰度值的像素数目比例变化,构建了一种对高浓度肿瘤蛋白样本依赖性小的、可检测动力学参数范围宽的动力学参数测定方法。综上,我们均按照研究目标完成项目,并取得一定成果。目前已发表8篇高质量文章,1篇在投文章,5篇发明专利。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A Nanoplasmonic Portable Molecular Interaction Platform for High-Throughput Drug Screening
用于高通量药物筛选的纳米等离子体便携式分子相互作用平台
DOI: 10.1002/adfm.202203635
发表时间: 2022-09-01
期刊: ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
影响因子: 19
作者: [Fan, Hongli, Huang, Liping, Liu, Gang L.]
通讯作者: Liu, Gang L.
Novel nanostructure-coupled biosensor platform for one-step high-throughput quantification of serum neutralizing antibody after COVID-19 vaccination.
新型纳米结构耦合生物传感器平台,用于对 COVID-19 疫苗接种后血清中和抗体进行一步高通量定量
DOI: 10.1016/j.bios.2021.113868
发表时间: 2022-03-01
期刊: Biosensors & bioelectronics
影响因子: 12.6
作者: [Huang L, Li Y, Luo C, Chen Y, Touil N, Annaz HE, Zeng S, Dang T, Liang J, Hu W, Xu H, Tu J, Wang L, Shen Y, Liu GL]
通讯作者: Liu GL
One-step rapid quantification of SARS-CoV-2 virus particles via low-cost nanoplasmonic sensors in generic microplate reader and point-of-care device.
通过通用酶标仪和护理点设备中的低成本纳米等离子体传感器一步式快速定量 SARS-CoV-2 病毒颗粒
DOI: 10.1016/j.bios.2020.112685
发表时间: 2021-01-01
期刊: Biosensors & bioelectronics
影响因子: 12.6
作者: [Huang L, Ding L, Zhou J, Chen S, Chen F, Zhao C, Xu J, Hu W, Ji J, Xu H, Liu GL]
通讯作者: Liu GL
An ultra-sensitive and specific nanoplasmonic-enhanced isothermal amplification platform for the ultrafast point-of-care testing of SARS-CoV-2.
超灵敏、特异的纳米等离子增强等温扩增平台,用于 SARS-CoV-2 的超快现场护理测试。
DOI: 10.1016/j.cej.2022.138822
发表时间: 2023-01-01
期刊: CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
影响因子: 15.1
作者: [Liu, Juxiang, Chen, Ping, Hu, Xulong, Huang, Liping, Geng, Zhi, Xu, Hao, Hu, Wenjun, Wang, Lin, Wu, Ping, Liu, Gang L.]
通讯作者: Liu, Gang L.
共 8 条
    基于高灵敏纳米超表面SPR芯片技术的高通量小分子药物筛选系统的开发
    • 批准号:
      32471472
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      50.00万元
    • 批准年份:
      2024
    • 负责人:
      刘钢
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金