Photonics-based Fluorescence Imaging for Research, Diagnostics, and Pathology
用于研究、诊断和病理学的基于光子学的荧光成像
基本信息
- 批准号:10329143
- 负责人:
- 金额:$ 38.63万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-02-01 至 2027-01-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:2019-nCoVAreaBindingBiological AssayBiological SciencesCell membraneCellsCellular PhoneCentenarianCollaborationsComplexCoupledDetectionDevicesDiagnosticDimensionsElectronicsFiber OpticsFlow CytometryFluorescenceFluorescence MicroscopyGenerationsGoalsHIVImageImaging DeviceImmunoassayLightMeasurementMedicineMicroscopeOpticsPathologyPharmaceutical PreparationsPhotonsPositioning AttributePropertyResearchSlideSpecimenStructureTechnologyTransistorsVirionVirusbasebrain tissuecellular imagingclinical applicationconsumer productdetectordrug discoveryfluorescence imagingfluorescence microscopefluorophoregenetic testinghigh throughput screeningimaging detectorin vivoinstrumentlensmedical schoolsmulti-photonpathology imagingphotonicsplasmonicspoint-of-care diagnosticssenior facultywhole slide imaging
项目摘要
Abstract - Photonics-based Fluorescence Imaging for Research, Diagnostics and Pathology
During the past several decades fluorescence detection has become a central technology throughout the
biosciences. The basic applications include studies of biomolecule function, properties of cell membranes and
localization of target molecules in cells. The more clinical applications include immunoassays, flow cytometry,
point-of-care diagnostics, genetic testing, and cell imaging by fluorescence microscopy. Fluorescence is
expanding to include in-vivo measurements on brain tissues using multi-photon excitation.
While fluorescence technology has advanced, it has not kept pace with the advances in electronics and
array detectors (cameras). The sizes of optical components such as lenses and filters are much larger than
electronic components as can be seen from a cell phone with millions of transistors, but only one or two lenses
in a cell phone. This mismatch in size cannot be circumvented by making smaller lenses, filters or fiber optics.
These optical components require dimensions of many wavelengths to manipulate freely propagating light.
We propose to overcome this limitation by using fluorophores positioned within sub-wavelength near-field
distances from the plasmonic, photonic or plasmonic multi-layer structures (MLS). We are NOT proposing to use
the fluorophores as electronic components, but rather to directly couple their emission into CMOS imaging
detectors with MLSs without free-space propagation of light. The MLS controls the propagation of optical energy,
can separate wavelengths and can direct the energy (coupled photons) towards nearby detectors. This concept
will provide the basis for new devices for research and medicine.
To demonstrate the usefulness of these devices we have established collaborations with senior faculty in
the School of Medicine. These collaborations include detection of weak binding in drug discovery or high
throughput screening (HTS) because much of the HTS is used with drug fragments which bind weakly to target
molicules. Most of the MLS retain spatial information in the x-y plane which allows either ensemble or virus particle
counting assays for HIV and the Covid-19 virus SARS-CoV-2. The wide field of view will allow whole slide imaging
of pathology specimens.
Our goal is to develop this new area of near-field effects in fluorescence, with easy to fabricate strruvtures,
to enable a new generation of instruments and devices for fluorescence detection in research, sensing and
imaging.
摘要 - 基于光子学的荧光成像,用于研究,诊断和病理
在过去的几十年中
生物科学。基本应用包括生物分子功能的研究,细胞膜的特性和
细胞中靶分子的定位。临床应用越多,包括免疫测定,流式细胞仪,
通过荧光显微镜检查的诊断点诊断,基因检测和细胞成像。荧光是
扩展到使用多光子激发对脑组织的体内测量。
尽管荧光技术已经进步,但它尚未跟上电子设备的进步和
阵列检测器(相机)。光学组件(例如镜头和过滤器)的尺寸大于
从带有数百万晶体管的手机可以看到电子组件,但只有一个或两个镜头
在手机中。通过制作较小的镜头,过滤器或光纤元件,不能规避这种不匹配的大小。
这些光学成分需要许多波长的尺寸来操纵自由传播光。
我们建议通过使用位于近场近波内的荧光团克服这一限制
距离等离子,光子或等离子多层结构(MLS)的距离。我们不建议使用
荧光团作为电子成分,而是将其发射直接置于CMOS成像中
带有MLSS的检测器,没有光的空间传播。 MLS控制光能的传播,
可以将波长分开,并可以将能量(耦合光子)引导到附近的探测器。这个概念
将为研究和医学的新设备提供基础。
为了证明这些设备的有用性,我们已经与高级教师建立了合作
医学院。这些合作包括检测药物发现或高的结合。
吞吐量筛选(HTS),因为许多HTS都与药物片段一起使用,这些药物片段与靶标有弱结合
莫利奇。大多数MLS将空间信息保留在X-Y平面上,该信息允许合奏或病毒粒子
对HIV和COVID-19病毒SARS-COV-2进行计数测定。广泛的视野将允许整个幻灯片成像
病理标本。
我们的目标是在荧光中开发这个新的近场效应区域,并易于制造,易于制造。
为了在研究,传感和
成像。
项目成果
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Photonics-based Fluorescence Imaging for Research, Diagnostics, and Pathology
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