Rapidly Adaptable and Mass-Producible Microscopic Chiplets for Minimally-Instrumented Respiratory Viral Screening

用于微仪器呼吸道病毒筛查的快速适应性和可大规模生产的显微芯片

基本信息

  • 批准号:
    10348469
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 11.43万
  • 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:
    2022-08-10 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Objective: Respiratory viral infections affect millions of individuals each year. Conducting frequent widespread viral screening tests can curb outbreaks by quickly identifying infectious persons. Unfortunately, no screening diagnostic platform exists with the capacity to test hundreds of millions of people daily during a pandemic. This proposal is the first step in developing a novel viral screening test to fill this gap. The assay will consist of microscopic circuits containing field effect transistors with antigen-specific receptors that are sensitive to particular viruses. These chiplets – barely visible to the human eye – will be powered by light and will transmit data using a light emitting diode, such that a few can be mixed into an extracted sample and illuminated with a handheld device to yield immediate results. This diagnostic will be scalable and inexpensive; millions of tiny chiplets can be fabricated simultaneously. It will be minimally instrumented; an ordinary cellphone with a strobe flash and camera will interface with the chips. It will be flexible, rapidly adaptable, and multiplexable; receptors specific to different or emerging viruses could be immobilized on distinct circuits, allowing multiple diseases to be detected simultaneously in a single patient sample. This diagnostic will thus be unmatched as a mass producible, simple to use, adaptable, and high throughput tool for frequent and widespread virus screening. Specific aims: The proposed diagnostic will be developed by pursuing the following specific aims. 1. Integrate biological field effect transistors into the existing optical wireless integrated circuit platform. 2. Develop a multiplexed detection scheme for interacting with optical wireless integrated circuits. 3. Demonstrate the test’s feasibility in a clinically relevant quantitative range using mock clinical specimens. Career development plan and career goals: Dr. Matthew Campbell (Ph.D., P.E.) is a postdoctoral researcher in the School of Engineering and Applied Science at the University of Pennsylvania, where his work is focused on fabricating microelectromechanical systems. The proposed K25 career development award will apply his nanofabrication skills toward biosensor development and extend his training and exposure into two new domains: (1) biomedical experimentation, and (2) medical biology. This proposal contains a cohesive mentorship and didactic strategy centered on these areas to accelerate his trajectory toward research independence. Completion of this multifaceted training plan will position Dr. Campbell with the cross-disciplinary skills and expertise necessary to become a leading investigator in the field of biomedical sensing diagnostics. Mentors and environment: Dr. Campbell is enthusiastically supported by the university and his strong mentoring team. His primary mentor is an expert in micromanufacturing (Prof. Igor Bargatin (Ph.D.)), and his co- mentors bring extensive experience in microscopic circuits (Prof. Marc Miskin (Ph.D.)), field effect transistor sensors (Prof. Charlie Johnson (Ph.D.) and Prof. Haim Bau (Ph.D.)), and viral respiratory tract infections (Prof. Ronald Collman (M.D.). This group will provide the ideal training situation for Dr. Campbell to develop this assay.
项目摘要 目的:呼吸道病毒感染每年会影响数百万个人。传导频率 广泛的病毒筛查测试可以通过快速识别传染性人来弯曲爆发。不幸的是,不 筛选诊断平台的存在,每天都有能力测试数亿人 大流行。该建议是开发新的病毒筛查测试以填补这一空白的第一步。测定法 由含有抗原特异性受体的现场效应晶体管组成的微观电路 特定病毒。这些芯片 - 几乎看不见人眼 - 将由光提供动力,并将传播 使用发光二极管的数据,使得一些可以混合到提取的样品中,并用 手持设备可立即产生结果。该诊断将是可扩展且便宜的;数百万小 可以简单地制造chip。它将是最小的仪器;带有频闪的普通手机 闪光灯和相机将与芯片接口。它将是灵活的,迅速的适应性和多重的。接收者 特定于不同或新兴病毒的特定病毒可能会固定在不同的电路上,从而使多种疾病得以实现 仅在单个患者样本中检测到。因此,此诊断将被视为质量 可生产,易于使用,适应性和高吞吐量工具,用于经常和广泛的病毒筛查。 具体目的:拟议的诊断将通过追求以下特定目标来开发。 1。将生物场效应晶体管集成到现有的光学无线集成电路平台中。 2。开发一种多路复用检测方案,以与光学无线集成电路相互作用。 3。使用模拟临床标本在临床相关的定量范围内证明该测试的可行性。 职业发展计划和职业目标:Matthew Campbell博士(博士,P.E。)是博士后 宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的研究人员,他的工作 专注于制造微机械系统。拟议的K25职业发展奖将 将他的纳米制作技能应用于生物传感器开发,并将其培训和接触扩展到二 新领域:(1)生物医学实验和(2)医学生物学。该建议包含一个凝聚力 识别和教学策略以这些领域为中心,以加速他向研究的轨迹 独立。该多面培训计划的完成将使坎贝尔博士与跨学科定位 成为生物医学传感诊断领域的主要研究者所必需的技能和专业知识。 导师和环境:坎贝尔博士在大学和他的强者方面得到了热情的支持 指导团队。他的主要精神是微制造专家(Igor Bargatin教授(博士)),他的共同制造 导师为微观电路带来丰富的经验(Marc Miskin教授(博士)),现场效应晶体管 传感器(Charlie Johnson教授(博士)和Haim Bau教授(博士))和病毒呼吸道感染(教授 罗纳德·科尔曼(Ronald Collman)(医学博士)。该小组将为坎贝尔博士提供理想的培训状况,以开发该测定法。

项目成果

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