红外超表面的角度敏感机理及生物分子探测器件研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61875030
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    69.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0502.光子与光电子器件
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The metamaterial enhanced infrared absorption spectroscopy can be used to identify fingerprint absorptions of biomolecules, which has promising applications in medical diagnosis, national security, and industrial process monitoring, etc. To address the key issue of matching the frequency of metamaterial optical resonance with those of the molecular absorption lines, this project investigates the mechanism of angle-dependence of metasurfaces, and proposes a new class of optical biomolecular sensors based on angle-sensitive metasurfaces. By using the surface waves instead of conventional localized electrical or magnetic resonances, the resonant frequencies of the metasurfaces can be tuned over a large frequency range by varying the incident angle, and therefore the resonant optical field can be coupled to the multiple absorption lines of a single target molecule or multiple molecules. As compared with existing metamaterial molecular sensors, our proposed angle-scanned molecular sensors have the advantages of larger frequency bandwidth and relatively simpler operation. Taking the Octadecanethiol (ODT) and Bovine Serum Albumin (BSA) as representative detection targets, we will design and fabricate angle-sensitive metasurface biomolecular sensors. The physical mechanism of angle-sensitivity of the metasurfaces will be revealed, and the proof-of-concept monolayer biomolecular sensing will be demonstrated. Our proposed metasurface sensors are novel in their working mechanism, and pave a way towards fast and parallel sensing of multiple molecular species.
超材料增强的红外吸收光谱技术能够实现生物分子的灵敏识别,在医疗、安检和工业监控等方面具有广阔应用前景。针对超材料分子探测器件中共振光场与待检分子指纹吸收频率匹配的关键共性问题,本项目研究超表面的角度敏感机理,并研制基于角度特性的超表面分子探测器件。利用表面波模式,而不是常规的局域电共振或者磁共振,可以实现角度调控的超表面光场共振频率的大范围扫描,从而实现与单一检测目标的多个指纹谱线或者多个待检分子特征吸收谱线的匹配。相比现有基于尺寸控制或者可调材料的超表面分子探测器件,本项目提出的角度扫描超表面分子探测器件具有工作频带宽和操作简易的优点。项目以十八硫醇和牛血清白蛋白为典型检测对象,设计并制备角度敏感超表面分子探测器件,揭示超表面的角度敏感机理,演示角度扫描的单层生物分子检测。本项目提出的角度敏感超表面分子探测器件是检测方法的创新,有助于推动光学分子探测技术向多特征谱线快速检测的方向发展。

结项摘要

超表面增强的红外吸收光谱技术能够实现分子的灵敏识别,在无接触、非破坏性光学传感方面具有重要应用。针对超表面分子探测器件中共振光场与待检分子指纹谱线频率匹配的关键共性问题,本项目开展了角度敏感超表面的理论设计、样品制备、性能测试及机理分析等研究工作。利用漏波和波导模传播模式,项目研制了金属条和非对称“十”字棒等结构的角度敏感超表面,实现了角度调控的共振频率动态调谐,实验测试的共振频率扫描范围为中心频率的18-40.4%。基于所研制的角度敏感超表面,项目还实现了单分子层十八硫醇(ODT)和牛血清白蛋白(BSA)的特征指纹检测,实验测试的最大指纹信噪对比度为0.5-1.5%,展示了角度敏感超表面在分子检测方面的性能优势。项目研制的超表面具有常规超材料不具备的角度敏感性,通过入射角度的变化可以实现超表面共振频率的动态调谐,为超表面的模式调控提供了便利方法,在可调光学器件和超表面传感器件等方面具有应用前景。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Monolayer molecular sensing using infrared leaky waveguide mode
使用红外漏波导模式的单层分子传感
  • DOI:
    10.1063/5.0039597
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Tieyan Zhang;De He;Lu Liu;Qiqige Wulan;Jiachen Yu;Zhe Li;Zhijun Liu
  • 通讯作者:
    Zhijun Liu
Salisbury screen absorbers using epsilon-near-zero substrate
使用ε近零基底的索尔兹伯里屏幕吸收器
  • DOI:
    10.1088/2053-1591/abd8a1
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Materials Research Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Qiqige Wulan;De He;Tieyan Zhang;Hao Peng;Lu Liu;Viacheslav V. Medvedev;Zhijun Liu
  • 通讯作者:
    Zhijun Liu
Spectral narrowing of sub-bandgap absorbance and emissivity in highly doped silicon
高掺杂硅中亚带隙吸光度和发射率的光谱变窄
  • DOI:
    10.1088/2053-1591/ab637d
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Materials Research Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Zhe Li;Yan Zhang;Hao Peng;Lu Liu;Weiming Zhu;Zhijun Liu
  • 通讯作者:
    Zhijun Liu
High-Q hybridized resonance in a plasmonic metasurface of asymmetric aligned magnetic dipoles
不对称排列磁偶极子的等离子体超表面中的高 Q 杂化共振
  • DOI:
    10.1063/5.0014311
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Lu Liu;Zhe Li;Changyin Cai;Weiming Zhu;Xiaojia Zheng;Wenhua Zhang;Jimmy Xu;Zhijun Liu
  • 通讯作者:
    Zhijun Liu
Angle-dependent photoresponse of pyramid-textured silicon
金字塔结构硅的角度依赖性光响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Zhe Li;Tieyan Zhang;Qiqige Wulan;Jiachen Yu;Li Xing;Zhijun Liu
  • 通讯作者:
    Zhijun Liu

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错层位巷道围岩能量耗散分析
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    --
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  • 通讯作者:
    刘志军
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  • 作者:
    许晓飞;张菊;刘凤霞;魏炜;刘志军
  • 通讯作者:
    刘志军

其他文献

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刘志军的其他基金

中红外复合左右手超材料波导调谐机制及调制器件研究
  • 批准号:
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  • 项目类别:
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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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