基于光泵浦-太赫兹探测的分子自组装石墨烯纳米带抗原靶向识别研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61575125
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0504.红外与太赫兹物理及技术
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

To realize ultrafast dynamics analysis of antigen-antibody interaction in THz frequency and achieve practical trace signal detection in liquid-phase antibody-targeted antigen identification, this project proposes time-resolved THz spectroscopy methods based on photoexcited molecular self-assembly graphene nanoribbons (GNRs) for the dynamical detection of proto-oncogene C-erbB-2. Particularly, research efforts are first put to design a surface functionalization scheme for antibody and graphene intrinsic structure protection, put forward extraction algorithm of light induced time-resolved conductivity during antibody-antigen binding on GNRs surface, and construct a novel conductivity model based on phonon resonance and the underdamped vibration analysis of liquid-phase protein molecules. Then, according to the obtained optimal model parameters, the numerical features of wave vector and energy transfer of restricted carriers in nanoribbons are extracted, and a signal characterization method is established based on Fano exciton resonance absorption model. With superb spectral resolution and robust prediction results, we expect to demonstrate the ultrasensitive detection mechanisms of antibody-antigen with trace signal; Finally, the above analysis can help formulate the numeric computational method of reorganization energy between antibody and antigen induced by light, capture the energy distribution of carriers in the binary/ ternary system using static and time-dependent tight-binding model respectively, and reveal the nature of light induced reorganization energy between antibody and antigen on GNRs by carrier transport mechanism. This study is expected to inspire the implement of light-control biological process.
为实现太赫兹频段抗原-抗体相互作用的超快时间动力学分析,满足液相抗体靶向识别抗原痕量信号的实际检测需要,本项目提出基于光激发石墨烯纳米带(GNRs)动态检测原癌基因C-erbB-2的时间分辨太赫兹光谱解析方法,实现:1)设计分子自组装的石墨烯纳米带表面功能化方法,建立光泵浦GNRs抗体识别抗原的时间分辨电导率提取算法,通过对液相蛋白质分子欠阻尼振动特征分析,获取耦合局部声子共振效应的电导率模型;2)以最佳模型参数及纳米带载流子受限的波矢、能量传输特征为基本突破口,提出基于Fano激子共振吸收模型的痕量信号表征方法,解析抗体靶向识别痕量抗原的超灵敏检测机制;3)确定光诱导液相抗原-抗体配位点重组能的计算方法,以静态、含时紧束缚模型确定载流子在二/三元体系中的能量分布,论证光诱导GNRs抗原-抗体配位点重组能状态变量的内涵和电子运输机制。该研究有望为实现光调控生物反应过程提供有效的思路和方法。

结项摘要

太赫兹(THz)技术是近年来新兴的一种远红外相干辐射技术,太赫兹光谱在某些生物大分子的结构和动力学特性检测方面有着巨大潜力,可以弥补传统红外光谱技术对于整个分子构型、构象的细微变化不够敏感的不足。为实现太赫兹频段生物分子相互作用动力学分析,满足液相抗体靶向识别抗原痕量信号的实际检测需要,本项目首次提出利用金属光栅负载石墨烯带在全内反射模式下实现电控宽带太赫兹检测技术:该方案将全反射表面倏逝波非共振场增强效应和金属光栅相结合,实现了传统器件性能4.5倍的提升,并进一步制作基于石墨烯表面修饰Au离子复合物的生物传感器。此外,从提升信号传感准确性及灵敏度方面,本项目提出一种以EG掺杂PEDOT/PSS薄膜为抗反射涂层用于提高光谱分辨率的方法,利用EG掺杂浓度为10%的PEDOT/PSS涂层,实现在0.3~1.5 THz宽频范围内电导率几乎与频率无关的效果;进一步采用智能计算,对蛋白沉积薄膜的量化表征进行研究,利用泛函的密度-功能理论计算,实现对4种衍生物分子的动力学分析,为采用机器学习进行太赫兹分子光谱分析提供了一种新手段。.项目按照计划进度正常执行,实际经费支出与预算基本相符,执行期间项目负责人共计发表16篇学术论文,其中包括《Photonics Research》、《Optics Express》、《Biomedical Optics Express》等SCI索引9篇,JCR一区论文7篇,JCR二区论文2篇,申请国家发明专利6项,PCT专利3项,软件著作权登记1项,超过预期目标。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(9)
FMSM: a novel computational model for predicting potential miRNA biomarkers for various human diseases
FMSM:一种新的计算模型,用于预测各种人类疾病的潜在 miRNA 生物标志物
  • DOI:
    10.1186/s12918-018-0664-9
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    BMC Systems Biology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sun Yiwen;Zhu Zexuan;You Zhu-Hong;Zeng Zijie;Huang Zhi-An;Huang Yu-An
  • 通讯作者:
    Huang Yu-An
太赫兹辐照细胞生物学效应研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢鹏飞;刘旭东;孙怡雯
  • 通讯作者:
    孙怡雯
Novel link prediction for large-scale miRNA-lncRNA interaction network in a bipartite graph
二分图中大规模 miRNA-lncRNA 相互作用网络的新链接预测
  • DOI:
    10.1186/s12920-018-0429-8
  • 发表时间:
    2018-12-31
  • 期刊:
    BMC MEDICAL GENOMICS
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Huang, Zhi-An;Huang, Yu-An;Sun, Yiwen
  • 通讯作者:
    Sun, Yiwen
Investigate the effects of EG doping PEDOT/PSS on transmission and anti-reflection properties using terahertz pulsed spectroscop
使用太赫兹脉冲光谱仪研究 EG 掺杂 PEDOT/PSS 对传输和抗反射性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Y. W. Sun;S. X. Yang;P. J. Du;F. Yan;J. L. Qu;Z. X. Zhu;J. Zuo;C. L. Zhang
  • 通讯作者:
    C. L. Zhang
Quantitative characterization of bovine serum albumin thin-films using terahertz spectroscopy and machine learning methods
使用太赫兹光谱和机器学习方法定量表征牛血清白蛋白薄膜
  • DOI:
    10.1364/boe.9.002917
  • 发表时间:
    2018-07-01
  • 期刊:
    BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Sun, Yiwen;Du, Pengju;Zhu, Zexuan
  • 通讯作者:
    Zhu, Zexuan

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其他文献

基于时间分辨荧光各向异性成像的罗丹明B溶液粘度特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    光电子-激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙怡雯;汤诗吟;Klaus Suhling;屈军乐
  • 通讯作者:
    屈军乐
眼底视网膜色素上皮层细胞脂褐素及氧化黑色素自体荧光寿命成像研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理学部
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    屈军乐;许改霞;赵羚伶;牛憨笨;丁志华;孙怡雯
  • 通讯作者:
    孙怡雯
眼底RPE细胞脂褐素及氧化黑色素
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理学报,57(2),134-139(2008)。
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙怡雯;屈军乐*;赵伶羚;许改
  • 通讯作者:
    许改

其他文献

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孙怡雯的其他基金

全反射可调谐石墨烯超材料在生物标记物痕量检测及量化分析中的研究
  • 批准号:
    61975135
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    10 万元
  • 项目类别:
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基于非扫描式太赫兹全内反射探测的多肿瘤标志物芯片高内涵筛选研究
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  • 批准年份:
    2019
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  • 批准号:
    61205092
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相似国自然基金

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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

        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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