近红外二区增强拉曼探针及其组织穿透深度研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81901786
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2705.医学光学成像
  • 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

In vivo biomedical imaging in the second near-infrared window (NIR-II) of 1000-1700 nm can enormously improve the imaging depth and spatial resolution by reducing scattering, absorption, and autofluorescence of biological tissues, showing great significance in the biomedical studies and clinical applications. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) tags are featured by high sensitivity and fingerprint spectroscopy, which are promising optical probes for in vivo bioimaging. However, studies of SERS imaging in NIR-II region and its applications are underdeveloped due to lack of suitable NIR-II SERS tags. In this project, we aim to design the NIR-II SERS tags named as gap-enhanced Raman tags (GERTs). By embedding Raman-active molecules in internal metallic nanogaps, and precisely adjusting nanogap sizes in the range of 3-5 nm, the longer wavelength resonance peak of GERTs can be tuned to NIR-II and thus induce the strong enhanced Raman signal in this region. GERTs also show advantages including high sensitivity, high photostability and reproducibility, good biocompatibility and targeting ability, which are expected to achieve Raman imaging with deeper tissue penetration and higher spatial resolution. Furthermore, in this work GERTs will serve as promising tags to study the attenuation and penetration of NIR-II SERS signal through biological tissues, which can promote the fundamental researches and translational medicine of Raman-based imaging.
近红外二区的在体光学成像由于降低了生物组织的散射、吸收及自发荧光,能够极大提升成像深度和空间分辨率,对于生物医学研究和临床应用有重要意义。表面增强拉曼光谱(SERS)探针具有高灵敏度和特征指纹光谱,是理想的光学成像探针。但目前基于近红外二区SERS的研究和成像应用较少,重要原因是缺乏适合的近红外二区SERS探针。本课题拟设计和开发一种基于缝隙增强拉曼探针的近红外二区SERS探针。将拉曼分子包埋在金属纳米探针的内部缝隙中,精确调节缝隙尺寸为3-5纳米,使探针的长波共振峰调谐至近红外二区,从而在该波长范围获得显著信号增强;探针具有高灵敏度、高光稳定性和重复性、良好靶向性和生物安全性等优势,有望实现深穿透和高分辨率的拉曼成像。同时,缝隙增强拉曼探针能够作为可靠材料,用于本课题来研究近红外二区SERS在生物组织中的穿透深度和衰减规律,这对拉曼成像技术的基础研究和临床转化均有显著参考价值。

结项摘要

本项目聚焦于近红外二区拉曼探针的开发及其信号组织穿透深度研究,拟通过新的思路来设计一种在近红外二区波长窗口内具有较高灵敏度的宽内隙结构缝隙增强拉曼探针,并探索近红外拉曼光谱信号在生物组织内的传播和衰减规律。主要研究内容包括:(1)通过理论验证了宽内隙结构的缝隙增强拉曼探针的生长机理,并利用金银电化学置换反应制备出宽内隙结构的缝隙增强拉曼探针纳米颗粒,证实其在近红外二区波长窗口内具有较高灵敏度。(2)定量研究了基于共振策略(即采用共振基底和共振信号分子)制备的近红外二区拉曼探针的性能和增强因子。此外也开发了非共振的金银合金结构探针,在提升信号强度的同时降低颗粒光热效果,从而提高信号的光稳定性,为基于近红外二区拉曼探针的在体生物医学成像应用奠定基础。(3)对近红外拉曼光谱信号在生物组织中衰减规律和穿透深度进行了系统研究,揭示了穿透深度与信号源原始信噪比之间的线性对数关系,为基于拉曼光谱的体内生物检测应用提供了关键标准和新见解。项目共发表期刊文章10篇,总影响因子>60分,其中影响因子10分以上的高水平SCI文章3篇。申请中国发明专利2项。参与国内外学术会议4人次。项目取得了理想的科研成果,达到了预期目标。

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(1)
专利数量(2)
Gap-enhanced Raman tags: fabrication, optical properties, and theranostic applications
间隙增强拉曼标签:制造、光学特性和治疗诊断应用
  • DOI:
    10.7150/thno.39968
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    THERANOSTICS
  • 影响因子:
    12.4
  • 作者:
    Khlebtsov, Nikolai G.;Lin, Li;Ye, Jian
  • 通讯作者:
    Ye, Jian
Surface-Enhanced Raman Scattering Bioimaging with an Ultrahigh Signal-to-Background Ratio under Ambient Light
环境光下具有超高信背景比的表面增强拉曼散射生物成像
  • DOI:
    10.1021/acsami.2c01063
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Shuo Zhu;Binge Deng;Fangbing Liu;Jing Li;Li Lin;Jian Ye
  • 通讯作者:
    Jian Ye
Human metabolite detection by surface-enhanced Raman spectroscopy.
通过表面增强拉曼光谱检测人体代谢物
  • DOI:
    10.1016/j.mtbio.2022.100205
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Materials today. Bio
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lu Y;Lin L;Ye J
  • 通讯作者:
    Ye J
Surface-enhanced Raman scattering nanotags for bioimaging
用于生物成像的表面增强拉曼散射纳米标签
  • DOI:
    10.1063/5.0047578
  • 发表时间:
    2021-05-21
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Lin, Li;Bi, Xinyuan;Ye, Jian
  • 通讯作者:
    Ye, Jian
Euclidean distance-based Raman spectroscopy (EDRS) for the prognosis analysis of gastric cancer: A solution to tumor heterogeneity
基于欧氏距离的拉曼光谱(EDRS)用于胃癌预后分析:肿瘤异质性的解决方案
  • DOI:
    10.1016/j.saa.2022.122163
  • 发表时间:
    2022-11-30
  • 期刊:
    SPECTROCHIMICA ACTA PART A-MOLECULAR AND BIOMOLECULAR SPECTROSCOPY
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Wang,Wenfang;Shi,Bowen;Zhang,Huan
  • 通讯作者:
    Zhang,Huan

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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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