基于微流控液滴技术的自动化高通量材料筛选系统的研制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905557
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0512.微纳机械系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Due to the problems of long cycle and high cost, the traditional model of material research and development, "trial and error method", is difficult to meet the urgent demand for new materials, and has become the bottleneck of new material research and development. Previous studies of the applicant have found that microfluidic droplet technology can achieve high-throughput preparation of materials. Therefore, this project aims to study high-throughput screening of functional metal-organic frameworks (MOFs), and develop an automatic and high-throughput screening system that integrated with high-throughput preparation, rapid characterization and artificial intelligence. Firstly, through numerical and experimental analysis, the microfluidic chip with chaotic mixed channel is designed and fabricated. Then, in combination with the programmable mobile platform, a liquid phase synthesis system with continuous gradient changes, such as solution concentration, pH value and temperature, is developed. The collaborative optimization between the array arrangement of droplet synthesis and the fast characterization are further studied. Then, based on convolution neural network and migration learning, a deep learning model is established to automatically identify characterization datum of MOFs and obtain the MOFs with new structures and their preparation conditions. Finally, the effectiveness of the high-throughput screening system is verified by magnifying experiments, and the high efficiency and low-cost preparation of new materials are realized. The successful implementation of this project is helpful to speed up the research and development of new functional materials, which high efficiency experimental technology for materials genome initiative.
传统的材料研发模式-“试错法”,受制于周期长和成本高等问题,难以满足目前对新材料的急迫需求,已成为新材料研发的瓶颈。申请人前期研究发现,微流控液滴技术可实现材料的高通量制备。在此研究基础上,本项目以筛选功能MOFs材料为代表,研制一个集成高通量制备、快速表征和人工智能的自动化、高通量功能材料筛选系统。首先,通过仿真和实验分析,设计并加工具有混沌混合通道的微流控芯片;然后,结合可编程移动平台,开发溶液浓度、pH值和温度等梯度连续变化的材料液相合成系统,进一步研究二维空间液滴合成阵列排布和快速表征系统之间的协同优化控制;随后,基于卷积神经网络和迁移学习建立深度学习模型,自动筛选材料表征数据图片集,获得新型MOFs材料及其制备条件;最后,通过放大实验,验证高通量筛选系统的有效性,实现新材料的高效低成本制备。本项目的成功实施,有助于加快新材料的研发,为国家材料基因组计划提供先进的高效实验技术。

结项摘要

本项目针对传统材料研发模式存在周期长和成本高等问题,以自动化高通量筛选材料系统为主要研究对象,选择功能MOFs材料为代表性产品,微流控合成液滴阵列和深度学习为关键技术,研制出高效率低成本的微混合S型阵列液滴材料筛选的实验装置,为材料研发提供了新模式和思路。.在项目实施期间,项目组设计并制备了新型微混合+S型阵列微流控芯片;加工了9乘以9梯度变化的微坑阵列;搭建了一个微流控液滴高通量筛选系统;实现了液滴制备和快速表征一体化控制;优化了Faster R-CNN和YOLO算法在晶体形貌上的识别,共发表SCI相关学术论文 5 篇,申请发明专利 1 项。综上,本项目圆满完成立项时制定的研究目标。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Microfluidic high-throughput platforms for discovery of novel materials
用于发现新材料的微流控高通量平台
  • DOI:
    10.3390/nano10122514
  • 发表时间:
    2020-12-15
  • 期刊:
    Nanomaterials
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Zhou P;He J;Huang L;Yu Z;Su Z;Shi X;Zhou J
  • 通讯作者:
    Zhou J
A microarray platform designed for high-throughput screening the reaction conditions for the synthesis of micro/nanosized biomedical materials
用于高通量筛选微纳米生物医用材料合成反应条件的微阵列平台
  • DOI:
    10.1016/j.bioactmat.2020.02.003
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Bioactive Materials
  • 影响因子:
    18.9
  • 作者:
    Li Xiaoyu;Yang Xiran;Liu Lei;Zhou Peipei;Zhou Jianhua;Shi Xuetao;Wang Yingjun
  • 通讯作者:
    Wang Yingjun
HD Camera-Equipped UAV Trajectory Planning for Gantry Crane Inspection
配备高清摄像头的龙门起重机巡检无人机轨迹规划
  • DOI:
    10.3390/rs14071658
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Remote Sensing
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Tang Gang;Gu Jiaxu;Zhu Weidong;Claramunt Christophe;Zhou Peipei
  • 通讯作者:
    Zhou Peipei
Geometric A-Star Algorithm: An Improved A-Star Algorithm for AGV Path Planning in a Port Environment
几何A-Star算法:港口环境下AGV路径规划的改进A-Star算法
  • DOI:
    10.1109/access.2021.3070054
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Tang Gang;Tang Congqiang;Claramunt Christophe;Hu Xiong;Zhou Peipei
  • 通讯作者:
    Zhou Peipei
A high-throughput system combining microfluidic hydrogel droplets with deep learning for screening the antisolvent-crystallization conditions of active pharmaceutical ingredients
微流控水凝胶液滴与深度学习相结合的高通量系统,用于筛选活性药物成分的抗溶剂结晶条件
  • DOI:
    10.1039/d0lc00153h
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Lab on a Chip
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Su Zhenning;He Jinxu;Zhou Peipei;Huang Lu;Zhou Jianhua
  • 通讯作者:
    Zhou Jianhua

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其他文献

胰腺藏象刍议
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.6b02738
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    北京中医药
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘芳;姜晓晨;刘福栋;周培培;耿嘉玮;庞博
  • 通讯作者:
    庞博
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  • 发表时间:
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    李萍
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    10.16025/j.1674-1307.2018.12.010
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    北京中医药
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    庞博;徐心瑶;周培培;耿嘉伟;张红;周雪忠;郑红刚;朴炳奎;花宝金
  • 通讯作者:
    花宝金
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
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  • 作者:
    韩胜男;张晓杭;周培培;蒋建兰
  • 通讯作者:
    蒋建兰

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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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