纳米孔—液滴微流控联用方法在单分子检测和癌症诊断中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21775101
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0401.分离与分析
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Owing to ultra-high sensitivity and ultra-low detection limitation, label-free electrochemical nanopore sensing method has been a rapidly growing tool for single molecule analysis in applications such as biological detection and medical diagnostics. Although promising, nanopore sensing has drawback being the lack of molcule capture efficiency. This stems from the fact that nanopore can only sense the molecules which emerge several microns around the pore centre. In highly diluted solution, for example nM or pM, this results in long waing time for the detection. Recently, droplet based microfluidics has attracted substantial intrests in single molecule analysis. Droplet encapsulates and enriches molecules inside small volume, which significantly increases its concentration. However, this technology usually requires complex flow control to handle and label molecules, for example fluorescent or magnetic label. It even needs to stop the flow and detach the chip for the next step, leading to incomplete and discontinuous on-chip detection. Here, we report a nanopore integrated droplet-microfluidic method for single molecule detection. This method fully takes use of combined advantages of both droplet and nanopore by firstly confining the molecules near the pore centre using droplet to increase capture efficiency. Secondly, it avoids complex and time-consuming process exhausted in sample label and pretreatment. Last, the combined method has the potential to realize ultra-low conentration detection (fM), which provides a new pathway for rare cancer biomarker detection.
纳米孔技术是一种具有超高灵敏度、超低检测限和免荧光标记的单分子电化学检测方法,在生物检测和医学诊断领域有着独特的应用。但是纳米孔技术局限于其分子捕获率,因为纳米孔只能捕捉到孔周围几个微米范围内的分子,当溶液的浓度极低时(纳摩尔或皮摩尔量级),往往需要很长的检测时间。液滴微流控技术近年来在分子检测领域受到极大关注。液滴可以将分子包裹在有限的体积内,能有效提高待测分子的浓度,但是该技术通常需要复杂的流体控制对分子进行各种标记(如荧光标记、磁性标记等)和预处理,甚至需要中断流体流动,拆开芯片等,往往不能完整、连续地在一个芯片内实现分子检测全过程。本项目提出纳米孔—液滴微流控联用方法,通过微米大小的液滴将分子有效地限制在纳米孔的周围,提高分子捕获率,纳米孔技术则避免了繁琐的样品标记和预处理过程,能大大缩短检测时间,实现极低浓度分子的检测(费摩尔),为稀有的癌症生物标志物检测提供了新的思路。

结项摘要

纳米孔技术是一种具有超高灵敏度、超低检测限和免荧光标记的单分子电化学检测方法,在生物检测和医学诊断领域有着独特的应用。但是纳米孔技术局限于其分子捕获率,因为纳米孔只能捕捉到孔周围几个微米范围内的分子,当溶液的浓度极低时(纳摩尔或皮摩尔量级),往往需要很长的检测时间。液滴微流控技术近年来在分子检测领域受到极大关注。液滴可以将分子包裹在有限的体积内,能有效提高待测分子的浓度,但是该技术通常需要复杂的流体控制对分子进行各种标记(如荧光标记、磁性标记等)和预处理,甚至需要中断流体流动,拆开芯片等,往往不能完整、连续地在一个芯片内实现分子检测全过程。本项目提出纳米孔—液滴微流控联用方法,通过微米大小的液滴将分子有效地限制在纳米孔的周围,提高分子捕获率,纳米孔技术则避免了繁琐的样品标记和预处理过程,能大大缩短检测时间,实现极低浓度分子的检测(费摩尔),为稀有的癌症生物标志物检测提供了新的思路。创新性提出通过廉价易得的石英毛细管作为制备固态纳米孔的新材料,通过可在普通实验室装配的激光加热拉制技术作为新工艺,加工出孔径在20-60nm范围内的新型纳米孔结构,通过在纳米孔两端构建电化学检测系统获取电流信号来定量分析待测分子,通过对纳米孔内壁进行抗体修饰来定性的分析待测抗原分子,完成对pM至fM量级极低浓度分子的检测。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Investigating the Regulation of Neural Differentiation and Injury in PC12 Cells Using Microstructure Topographic Cues.
利用微结构拓扑线索研究 PC12 细胞神经分化和损伤的调节
  • DOI:
    10.3390/bios11100399
  • 发表时间:
    2021-10-16
  • 期刊:
    Biosensors
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sun X;Li W;Gong X;Hu G;Ge J;Wu J;Gao X
  • 通讯作者:
    Gao X
Peptide-templated multifunctional nanoprobe for feasible electrochemical assay of intracellular kinase
用于细胞内激酶电化学测定的肽模板多功能纳米探针
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2018.07.063
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Biosensors and Bioelectronics
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Zhao Jing;Yang Lili;Dai Yuhao;Tang Yingying;Cao Ya;Zhao Jing;Du Dongshu;Gong Xiuqing;Cao Y;Du DS
  • 通讯作者:
    Du DS
Facile fabrication of drug-loaded PEGDA microcapsules for drug evaluation using droplet-based microchip
使用基于液滴的微芯片轻松制造用于药物评价的载药 PEGDA 微胶囊
  • DOI:
    10.1016/j.cclet.2021.08.122
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Chemical Letters
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Xindi Sun;Qirui Wu;Wei Li;Xiuqing Gong;Jun-Yi Ge;Jinbo Wu;Xinghua Gao
  • 通讯作者:
    Xinghua Gao
Organ-on-a-chip: recent breakthroughs and future prospects
器官芯片:近期突破与未来展望
  • DOI:
    10.1186/s12938-020-0752-0
  • 发表时间:
    2020-02-12
  • 期刊:
    BIOMEDICAL ENGINEERING ONLINE
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wu, Qirui;Liu, Jinfeng;Gong, Xiuqing
  • 通讯作者:
    Gong, Xiuqing
An Automated and Miniaturized Rotating-Disk Device for Rapid Nucleic Acid Extraction
一种用于快速核酸提取的自动化小型转盘装置
  • DOI:
    10.3390/mi10030204
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Micromachines
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Tong Rui;Zhang Lijuan;Hu Chu;eng;Chen Xuee;Song Qi;Lou Kai;Tang Xin;Chen Yongsheng;Gong Xiuqing;Gao Yibo;Wen Weijia
  • 通讯作者:
    Wen Weijia

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其他文献

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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

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          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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