微生物活体操纵与可控装配新方法的构建及其应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31270150
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0105.微生物学新技术与新方法
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Microbe is extremely abundent in nature, the size of which has a very wide coverage from nano- to micro-scale making it suitable to be processed at multi-scale level as natural " building blocks " and "chassis cell". Based on the urgent need of micro/nano bio-manufacture of microorganism, four controlling methods- - i.e. molecular template, magnetic control, microfluidics, and bio- printing - - for the process suitable for microbe have been proposed to dip into the behavioral mode of microorganism and design new micro/nano functional materials by controlling directed movement and ordered arrangement of microorganism living cells. To our best knowledge, it is a promising and challenging project with originality in the field of microorganism..This project aims at developing new methods and techniques of micro/nano manufacture based on physical/chemical/biological principles as well as establishing new ways for controlled manipulation and controllable living microorganism "cell factory", especially focusing on exploring two new techniques-micro-fluidic and bio-printing. Through combinational and synergistic effort, it is expected be able to control the microorganism and its product from molecular to nano/micro level. Thus, the application prospect is extremely attractive, and it is highly promising to open up a new field of micro/nano manufacturing with living microorganism. .Specifically, using Saccharomyces cerevisiae and Escherichia coli as mode strains and Acetobacter xylins and Flavobacterium heparinum as function strains to investigate regulatory factors affecting the movement behavior of microorganism, nano-scale effect, surface/interfacial effect and biological effect during the biological manufacture process of microbial micro/nano robot self-assembly to reveal the underlying principle of microorganism orientation and mechanism of formation of fine structure at multi-level by inducing their unique biological function. .Hopefully, this new way will facilitate specific design of individual microenvironment, exploration of the growth, metabolism and behavior of microorganism. It is not only probable to study the behavior of the same microorganism in different micro environment, but also possible to reveal the interaction between different microbial individuals. Furthermore, optimization of culture medium for massive fermentation as well as assembly of the traditional orthogonal experiment analysis and response surface analysis into small chips can be achieved by designing and printing of the culture medium of microorganism. Finally, it will provide theoretical basis and technique support for the design of microorganism reactor and regulation of massive bio-refinery by multi-level construction of complex microorganism community.
自然界中微生物种类极为丰富,尺寸涵盖了纳米级与微米级,是可用于纳米、微米以及多层次跨尺度加工的天然"基本单元"和"底盘细胞"。本项目立足于构建用于定位操纵和可控装配微生物活体"细胞工厂"的新方法,重点开拓和发展微流控和(或)微生物打印技术该两项新技术。以酿酒酵母和大肠杆菌为模式菌种,木醋杆菌和肝素黄杆菌为功能菌种,诱发其特有的生物学功能,通过微生物微纳米机器人进行受控自组装,研究影响微生物的运动行为的调控因素,揭示微生物定位调控原理和多层次精细结构的形成机制。通过该方法可以设计特定的个性化微环境,探寻微生物的个体生长、代谢与行为模式。还可通过对微生物培养基的设计和打印,实现对大规模发酵过程的培养基优化,将传统的正交实验分析、响应面实验分析手段芯片化。此外,通过多层次组装,可设计和构筑复杂体系的微生物群落,为微生物反应器的设计、大规模生物炼制的调控提供理论依据和技术支撑。

结项摘要

以微生物为“基本单元”和“底盘细胞”,在纳米、微米以及多层次跨尺度上进行加工是微生物研究领域的重要前沿,在微生物反应器的设计、大规模生物炼制等方面具有重要意义。本项目基于微生物的生物制造的目的,以酿酒酵母和大肠杆菌为模式微生物,木醋杆菌和肝素黄杆菌为功能菌种,利用微生物的特异结构和多样功能进行仿生和调控,操纵微生物进行加工组装,建立了用于微生物定位操纵和可控装配的微流控技术和喷墨生物打印技术,初步实现了对微生物进行多层次不同尺度的调控。围绕项目研究目标,首先在图案化生物芯片的构建方面,通过光刻结合化学刻蚀的方法制备了不同尺寸的精细微米级有序图案化结构,以及双层嵌套式网格及条纹图案,用于调控微生物的有序分布及运动;其次在微生物可控模型的构建方面,通过外加磁场信号实现对磁性矿化的微生物运动的智能控制,以及通过程序化光信号实现对工程菌运动的程序化智能控制,分别建立了磁控和光控微生物运动的方法,并在纳米尺度上实现了次级代谢产物(如细菌纤维素)的可控有序排列;第三,构建了不同图案化的纤维素并将其应用于多种组织工程材料,包括肠组织工程材料、人工椎间盘生物材料及人工血管生物材料;最后在生物打印方面,基于高分子模板可控制备工艺,开发并搭建出基于气动原理的微滴喷射成形系统,并将气动喷头与电机助推式喷头组合,设计了组合式多喷头3D打印系统,经过不断优化并对打印环境进行无菌化控制,将其应用于高分子多孔支架与精细高分子基多孔膜板打印,以及多孔支架和微生物的混合打印。本项目围绕对微生物进行精确的定向运动诱导以及定位有序排列的核心问题进行了较深入的探索,初步实现了对微生物活体的操作与可调控的装配,并应用于构建组织工程材料,为进一步的应用开发奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(15)
专利数量(0)
Fabrication and characterization of 3D complex hydroxyapatite scaffolds with hierarchical porosity of different features for optimal bioactive performance
具有不同特征的分级孔隙度的 3D 复合羟基磷灰石支架的制造和表征,以实现最佳的生物活性性能
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2016.09.160
  • 发表时间:
    2017-01-01
  • 期刊:
    CERAMICS INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chen, Zhichao;Zhang, Xianglin;Liu, Changqing
  • 通讯作者:
    Liu, Changqing
Silk sericin: A versatile material for tissue engineering and drug delivery
丝胶蛋白:一种用于组织工程和药物输送的多功能材料
  • DOI:
    10.1016/j.biotechadv.2015.10.014
  • 发表时间:
    2015-12-01
  • 期刊:
    BIOTECHNOLOGY ADVANCES
  • 影响因子:
    16
  • 作者:
    Lamboni, Lallepak;Gauthier, Mario;Wang, Qun
  • 通讯作者:
    Wang, Qun
Microbial Cells with a Fe3O4 Doped Hydrogel Extracellular Matrix: Manipulation of Living Cells by Magnetic Stimulus
具有 Fe3O4 掺杂水凝胶细胞外基质的微生物细胞:通过磁刺激操纵活细胞
  • DOI:
    10.1002/mabi.201600143
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    MACROMOLECULAR BIOSCIENCE
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Shi, Xudian;Shi, Zhijun;Yang, Guang
  • 通讯作者:
    Yang, Guang
Green synthesis of biocompatible silver nanoparticles mediated by Osmanthus fragrans extract in aqueous solution
桂花提取物水溶液绿色合成生物相容性银纳米颗粒
  • DOI:
    10.1016/j.ijleo.2016.08.055
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    OPTIK
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Dong, Chunfa;Zhang, Xianglin;Cao, Chuanliang
  • 通讯作者:
    Cao, Chuanliang

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其他文献

利用反式翻译机制设计ssrA-X标签提高蛋白质定点非天然氨基酸引入质量
  • DOI:
    10.19526/j.cnki.1005-8915.20210401
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    药物生物技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王伯豪;刘利;许峰源;杨光;田浤;高向东;宋潇达
  • 通讯作者:
    宋潇达
谷氨酰胺对斜带石斑鱼GF-1细胞中C-Myc蛋白的表达与神经坏死病毒复制的影响
  • DOI:
    10.11964/jfc.20190911969
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    水产学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈海洋;卢志杰;秦真东;赵丽娟;李亚男;刘春;杨光;叶成凯;潘淦;林蠡
  • 通讯作者:
    林蠡
双渠道异质产品市场背景下的概率销售策略
  • DOI:
    10.13195/j.kzyjc.2017.1513
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    控制与决策
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨光;刘新旺;秦晋栋;陈晓庆
  • 通讯作者:
    陈晓庆
艾滋病高发区艾滋病病毒感染者及病人就医经济风险分布研究
  • DOI:
    10.13723/j.yxysh.2015.03.007
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    医学与社会
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨光;万瑾;许燕君;黄丽花;徐鹏;王颖
  • 通讯作者:
    王颖
基于2.5D级联卷积神经网络的CT图像胰腺分割方法
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1005-202x.2020.06.024
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国医学物理学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周芳芳;王一达;宋阳;杨光
  • 通讯作者:
    杨光

其他文献

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杨光的其他基金

气—液相发酵环境二元调控诱导纤维素有序生物合成及生物医学应用
  • 批准号:
    52373235
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    52.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于微生物多层次调控的生物智造及生物功能材料的组装机制研究
  • 批准号:
    51973076
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    61 万元
  • 项目类别:
    面上项目
纳米纤维素多维有序微结构的可控构建及其生物医学应用
  • 批准号:
    21774039
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    67.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
电活性有序微纳界面诱导皮肤组织修复的机理研究
  • 批准号:
    21574050
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    65.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
近红外波段导电氧化物等离子体材料的光学性能研究
  • 批准号:
    11374114
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    89.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
具有调控细胞黏附与生长的细菌纤维素复合材料的微纳米构筑
  • 批准号:
    21074041
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    36.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
不同波长下金属纳米阵列的超快光学非线性研究
  • 批准号:
    10974062
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
纤维素有序纳米复合材料的可控生物制造
  • 批准号:
    20774033
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
纳米晶氧化物薄膜的三阶非线性光学特性
  • 批准号:
    10604018
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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