突破衍射极限的针尖增强拉曼显微镜在细菌生物被膜无标记、高灵敏检测中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21475100
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0403.谱学方法与理论
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Biofilm formation is governed by nanometer-sized structures with different chemical compositions. A detailed information of surface topography as well as chemical compositions of extracellular polymeric substance (EPS) play a crucial role for illustrating the mechanism of biofilm formation and decoding the antibiotic resistance. Highly sensitive, selective and high spatial resolution tip-enhanced Raman spectroscopic technique hopefully provides a novel approach for biofilm research without the interference of water. This project attempts to build up a near-field scanning optical microscopy based on a tuning fork shear-force feedback mechanism on basis of a commerical inverted confocal Raman microspectrometer. Finally, it will be a home-built multifunctional tip-enhanced Raman scattering microscopy capable of 3D scanning, which provides topograpgyic information at ca. 1 nm spatial resolution and optical information at a resolution down to ca. 10 nm. Sodium alginate fibers, a good model for EPS of biofilms at the nanoscale, will be studied by coventional Raman, surface-enhanced Raman and tip-enhanced Raman spectroscopy. Combining and comparing all the results based on these three techniques will result in a novel methodology for label-free characterization of nanostructures in biological system utilizing tip-enhanced Raman spectroscopy. On this basis, and gradually, label-free description of mono- and mutli-species (some model bacteria such as Pseudomonas Aeruginosa, Escherichi coli and etc) biofilms with high sensitivity could be accomplished on a scale of a few nanometers. More significantly, tip-enhanced Raman microscopy has seen the emergence of a powerful technique for characterizing other nanostructure of biological system with ultrahigh spatial resolution.
在纳米尺度上同时描述胞外多聚物的表面形貌和化学异质性对于揭示细菌生物被膜成膜机理,进而有效破解细菌抗药性至关重要。高灵敏、高选择性、高空间分辨和无水干扰的针尖增强拉曼光谱分析技术可望为其提供一种新的研究手段。本项目拟在商品化的"倒置型"共聚焦显微拉曼光谱仪上搭载基于音叉"剪切力反馈"机制的近场扫描探针显微镜,构建可实现三维高精度扫描成像的针尖增强拉曼散射显微镜(表面形貌与光学分辨率分别为1 nm和10 nm)。以海藻酸钠纤维作为胞外多聚物的模拟物,同时获取其普通拉曼、表面增强拉曼和针尖增强拉曼光谱数据,并进行充分的谱图比对、解析,以此建立起针尖增强拉曼光谱无标记检测生物体系中纳米结构的新方法。在此基础上,以铜绿假单胞菌等模式细菌为研究对象,运用上述方法逐步实现单株和多株细菌生物被膜的无标记、高灵敏成像检测,为细菌生物被膜乃至其他具有超精细结构的生物体系提供强有力的研究手段。

结项摘要

本项目开发出了包括普通拉曼光谱、表面增强拉曼光谱标记和无标记生物被膜成像技术,在此基础上,为实现细菌生物被膜表面精细结构与化学信息的可视化,研发出基于小分子介导的TERS成像新技术和相关装置。合成了一系列含叁键的拉曼信号分子,建立了基于叁键编码的传感分析原理和多靶向成像技术;更重要的是,首次提出了一种全新的光学信号输出技术,点击SERS;此外,通过目标物诱导来可控调节贵金属纳米粒子的聚集状态,从而改变生物(模拟)体系的光学性质的变化(包括SPR或SERS信号等),藉此来实现一系列生物分子及金属离子等目标物的高选择性和高灵敏检测。其四,设计制备了一系列不同组成、形状和尺寸的贵金属纳米粒子及其复合纳米材料,以其作为SERS增强基底,直接检测有机小分子、生物大分子及微生物细胞。.此外,在国际交流与合作上,项目主持人沈爱国教授先后出访澳大利亚、韩国等国家开展国际合作和交流和参加学术会议,并作重要学术报告。在研究生培养上,共计培养博士研究生和硕士研究生24名。受本项目资助,共发表SCI论文22篇,影响因子大于5的SCI论文8篇,其中Journal of the American Chemical Society 1篇,Analytical Chemistry 3篇,ACS Applied Materials & Interfaces 3篇,Chemical Communications 1篇。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
A highly sensitive SERS probe for bisphenol A detection based on functionalized Au@Ag nanoparticles
基于功能化 Au@Ag 纳米颗粒的高灵敏度 SERS 探针,用于双酚 A 检测
  • DOI:
    10.1039/c8ay01966e
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
    Analytical Methods
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Wang Chun-Yang;Zeng Yi;Shen Ai-Guo;Hu Ji-Ming
  • 通讯作者:
    Hu Ji-Ming
Simultaneous enzymatic and SERS properties of bifunctional chitosan-modified popcorn-like Au-Ag nanoparticles for high sensitive detection of melamine in milk powder
双功能壳聚糖修饰的爆米花状金银纳米粒子的同时酶学和 SERS 特性,用于高灵敏度检测奶粉中的三聚氰胺
  • DOI:
    10.1016/j.talanta.2015.03.050
  • 发表时间:
    2015-08-01
  • 期刊:
    TALANTA
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Li, Junrong;Zhang, Guannan;Hu, Jiming
  • 通讯作者:
    Hu, Jiming
A novel surface-enhanced Raman scattering (SERS) detection for natural gas exploration using methane-oxidizing bacteria
利用甲烷氧化细菌进行天然气勘探的新型表面增强拉曼散射(SERS)检测
  • DOI:
    10.1016/j.talanta.2018.02.099
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Talanta
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Liang Weiwei;Chen Qiao;Peng Fang;Shen Aiguo;Hu Jiming
  • 通讯作者:
    Hu Jiming
Facile One-Pot Synthesis of Nanodot-Decorated Gold-Silver Alloy Nanoboxes for Single-Particle Surface-Enhanced Raman Scattering Activity
轻松一锅合成纳米点装饰的金银合金纳米盒,用于单颗粒表面增强拉曼散射活性
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b10112
  • 发表时间:
    2018-09-26
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Li, Junrong;Zhang, Guannan;Trau, Matt
  • 通讯作者:
    Trau, Matt
Alkyne-Modulated Surface-Enhanced Raman Scattering-Palette for Optical Interference-Free and Multiplex Cellular Imaging
用于光学无干扰和多重细胞成像的炔调制表面增强拉曼散射调色板
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.6b01374
  • 发表时间:
    2016-06-21
  • 期刊:
    ANALYTICAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Chen, Yong;Ren, Jia-Qiang;Hu, Ji-Ming
  • 通讯作者:
    Hu, Ji-Ming

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其他文献

金纳米脐橙用于催化还原硝基酚的原位表面增强拉曼光谱分析
  • DOI:
    10.13526/j.issn.1006-6144.2019.02.001
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    分析科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程子贺;方威;杨尹;王小华;沈爱国;胡继明
  • 通讯作者:
    胡继明
无标记和标记表面增强拉曼光谱技术用于细菌的检测
  • DOI:
    10.13526/j.issn.1006-6144.2019.05.023
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    分析科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨尹;梁伟伟;王小华;沈爱国;胡继明
  • 通讯作者:
    胡继明
表面增强拉曼散射效应无标记、无分离检测三聚氰胺
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    分析化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐回春;周晓东;沈爱国;胡继明
  • 通讯作者:
    胡继明

其他文献

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沈爱国的其他基金

双重SERS指纹的液体活检新技术及其在消化道恶性肿瘤早期筛查中的应用
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    63 万元
  • 项目类别:
    面上项目
突破衍射与颜色双重极限的SERS显微成像新技术研究
  • 批准号:
    21874102
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    65.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
原位、活体检测植物激素的SERS探针新技术
  • 批准号:
    21175101
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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    20705025
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  • 资助金额:
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    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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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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