课题基金 / 基金详情

基于界面结构增强的高灵敏、无标记OIRD免疫微阵列芯片

批准号:
22074125
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
胡卫华
依托单位:
学科分类:
仪器创制与大科学装置应用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡卫华

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
斜入射光反射差(oblique-incidence reflectivity difference, OIRD)是一种新型的无标记实时探测技术,具有可兼容任意载体的突出优点,但灵敏度不足极大限制了其在微阵列芯片等生物检测方面的应用。理论分析和预研工作表明:芯片界面结构对OIRD灵敏度具有决定性影响,通过合理结构设计,激活干涉增强效应和有效介电常数效应,是大幅提高OIRD检测灵敏度的有效途径。基于此,本项目拟通过构建具有特定微结构的三维传感层,利用干涉增强效应和有效介电常数效应,提高OIRD灵敏度;定量研究三维传感层各结构参数对OIRD信号的影响规律,揭示光学增强机制;在此基础上建立灵敏OIRD微阵列免疫芯片,用于无标识免疫分析和生物大分子相互作用研究。本项目的实施,将是对OIRD这一先进探测技术在芯片检测应用上的重要革新;同时,也有望进一步拓展OIRD技术在细胞、组织层次研究中的应用。
英文摘要
Oblique-incidence reflectivity difference (OIRD) is a powerful technique to monitor the interface/surface change by measuring the difference in the fractional reflectivity change between p- and s-polarized lights. Due to its intrinsic advantages of being label-free, real-time, non-destructive, and compatible with arbitrary substrates, OIRD demonstrates great promise for detection of high-throughput microarray chips. Its broad applications however, are severely restricted by its limited sensitivity. In pursuit of sensitive OIRD-based immunoassay chips, our theoretical analysis and preliminary results indicate the ultimate importance of interfacial structure of the chip; it is found that the OIRD sensitivity could be dramatically enhanced by generating the interference enhancement effect and effective dielectric constant effect via rational design of chip architecture. We therefore propose in this project to essentially improve the sensitivity of OIRD-based immunoassay microarray chips by constructing a rationally designed three-dimensional sensing layer, which is able to trigger and take advantage of the interference enhancement effect and effective dielectric constant effect. In details, a batch of microarray chips with micro/nanostructured sensing architecture will be fabricated for label-free OIRD detection of targets and the effect of the structural parameters on the OIRD signal will be systematically investigated to reveal the detailed optical mechanism of sensitivity enhancement by combining necessary theoretical simulations. Highly sensitive OIRD microarray chips will be further developed for label-free, real-time and high-throughput immunoassay and biomolecular interaction study. This project will help deepen our understanding on interfacial engineering-enhanced OIRD chip and may also pave the conceptually new way to facilitate the OIRD applications in a broad variety of research areas beyond immunoassay such as cell-tissue level biomolecular interaction investigations.
斜入射光反射差(OIRD)技术是一种探测界面变化的新方法,具有无标记、无损伤、实时在线和广泛适用各种固体表面等突出优点,在无标记生物分子相互作用研究和免疫检测方面具有广阔前景,然而其灵敏度有限,对复杂界面上OIRD光学规律的认识还不深入。针对这一现状,本项目在理论分析和预研实验的基础上,立足OIRD的无标记免疫检测这一应用,为提高OIRD免疫芯片的灵敏度提出了全新的思路:着眼于芯片界面结构,构建三维传感层,利用传感层干涉增强效应和有效介电常数效应,提高免疫芯片的灵敏度,同时揭示三维界面上OIRD信号增强的规律。.经过四年的研究,本项目按照研究计划,开展了构建三维传感层免疫芯片、解析传感层结构参数对OIRD检测信号的增强效应、应用于细胞、组织等复杂界面检测三个方面的研究,较好完成了研究计划。本项目主要研究内容和结果如下:.1)发展了几类具有三维传感界面的高灵敏OIRD无标记免疫芯片,探明了传感层结构对信号增敏及芯片灵敏度的影响,揭示传感层干涉增强效应和有效介电常数效应在其中的规律及贡献,实质性提高了OIRD 微阵列免疫芯片的灵敏度,将检测限降低至10 ng mL-1级别,为设计构建高灵敏免疫芯片提供了理论指导。2)成功探索了OIRD 在细胞、组织层次的相互作用研究方面的应用,首次实现了OIRD技术在贴壁细胞表面免疫反应的无标记实时检测,并实现了对肿瘤组织切片的无标记免疫组化成像,进一步拓展了OIRD技术在研究具有较大尺寸和复杂结构的生物样品上的应用。3)采用OIRD技术对发生在复杂界面上的电化学过程进行了时空分辨探测,在多孔电极中的电化学反应、透明电极阴极腐蚀行为等方面取得了有益进展,证明了OIRD技术的广泛潜在应用价值。.总之,本项目通过构建三维传感层,显著提高了OIRD免疫芯片的灵敏度,揭示了复杂界面上的信号增强机制;在此基础上进一步拓展了OIRD技术对细胞、组织切片等复杂生物样品和复杂电化学界面的探测研究,为OIRD这一原创光学技术的广泛应用创造了条件。
多孔薄膜电极中碱金属离子电化学脱嵌行为的原位、空间分辨OIRD光学研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    胡卫华
  • 依托单位:
SPRI微阵列芯片串联信号放大新策略及其肝癌早期诊断应用
  • 批准号:
    21205098
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    胡卫华
  • 依托单位:
电化学调制表面引发原子转移自由基聚合的现场SPR研究
  • 批准号:
    21273173
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    胡卫华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金