基于单层MoS2的新型电化学阻抗显微平台用于纤维化过程中单细胞成像研究
批准号:
22104062
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
朱浩
依托单位:
学科分类:
电分析化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱浩
中文摘要
纤维化不仅伴随着细胞形态、迁移以及分化的异常,其过度进展还可能引起组织功能的丧失甚至死亡。目前,对纤维化过程中单细胞水平的成像研究还比较有限。本项目拟利用二维纳米材料单层二硫化钼(MoS2)构建一种操作简便、高灵敏、并具有较高时空分辨的新型电化学阻抗显微平台用于单细胞成像分析。与传统获取阻抗的方法不同,本项目通过对光学图像序列依次进行快速傅里叶变换及光电信号转换得到局域阻抗信息,避免了微电极阵列的使用,并提高了成像的信噪比;同时,单层MoS2光学信号对电荷的超灵敏响应进一步提高了方法的灵敏度。利用构建的阻抗显微平台拟开展如下两方面工作:①对纤维化过程中单细胞水平的变化进行实时研究,揭示其空间结构及功能的异质信息;②建立一种纤维化速率的半定量测定方法用于抗纤维化研究。本项目有望加深研究者对纤维化过程中多细胞相互作用的理解,并对相关疾病的诊疗以及抗纤维化药物的研发具有一定的指导意义。
英文摘要
Fibrosis is not only accompanied by dysregulation of cell morphology, migration and cell differentiation, its excessive progress may cause loss of tissue function and even death. At present, the study of single-cell imaging during fibrosis is still limited. This project intends to develop a relatively simple and highly sensitive novel electrochemical impedance microscopy platform with certain spatiotemporal resolution for single-cell imaging analysis, which based on two-dimensional nanomaterial monolayer molybdenum disulfide (MoS2). Different from the traditional impedance measurement, the local impedance information here is obtained by successively performing fast Fourier transform and photoelectric conversion of the optical image sequence. It avoids the use of microelectrode array, thus improves the signal-to-noise ratio of imaging. In addition, the ultra-sensitive response of monolayer MoS2 optical signal to charge further enhances the sensitivity of the method. With the developed impedance platform, we intend to carry out the following two works. ① Real-time study of the changes on single cell level during fibrosis, and revealing its spatial structural and functional heterogeneity. ② Establishing a semi-quantitative method for the fibrosis rate determination for anti-fibrosis study. The project can deepen our understanding of the complex multi-cell interaction during fibrosis, which provides a guidance for the diagnosis and treatment of related diseases as well as the research and development of anti-fibrosis drugs.
生物分子相互作用在生命体系中广泛存在,对生物分子间相互作用的研究有利于我们在分子尺度上认识和理解各种生命活动。纤维化过程伴随着细胞形态、迁移以及分化的异常变化,其持续进展可引起组织功能丧失甚至引发死亡,已成为全球最严重的健康问题之一。在单细胞水平对纤维化过程的研究,有利于加深研究者对该过程多细胞相互作用的理解,并促进相关药物的发现和研发。.本项目基于单层MoS2,将电化学技术和光学显微镜联用,构建一种操作简便、灵敏的、具有较高时空分辨的新型电化学阻抗显微平台用于纤维化过程中单细胞的成像分析以及药物与细胞相互作用的研究。与传统获取阻抗的方法不同,本项目通过对光学图像序列依次进行快速傅里叶变换及光电信号转换得到局域阻抗信息,避免了微电极阵列的使用,并提高了成像的信噪比;同时,单层MoS2光学信号对电荷的超灵敏响应进一步提高了方法的灵敏度。一方面,我们利用构建的阻抗显微成像平台在单细胞水平上对纤维化过程进行实时监测和研究,揭示了纤维化过程中单细胞水平的空间结构异质性;另一方面,我们利用单层MoS2的阻抗显微成像平台在细胞层面对药物的抗纤维化效果进行了评估。这对抗纤维化药物的发现和研发具有一定的指导意义。.我们还基于单层MoS2构建了一种免标记的光学成像平台,用于小分子相互作用研究,具有较高的灵敏度、较好的特异性以及相对较低的检测限。该方法可以区分单位点突变激酶与其抑制剂之间的结合差异,在分子相互作用的功能分析以及药物机制研究中显示出潜在的应用价值;通过对局域结合动力学的成像分析,可以为界面结合过程的研究以及高通量的药物筛选提供新的可能。此外,我们基于阻抗成像实现了核酸动力学和亲和力的测定,这将有助于临床对核酸相互作用的研究,并有望促进基因突变相关疾病的内在机制探究。
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