高稳定性银膜表面等离子体共振成像传感器的空间结构与性能优化研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61905027
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 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:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Known for its advantage of label-free and real-time monitoring, surface plasmon resonance imaging (SPRi) has become a key technique of high-throughput screening in frontier of biological techniques, such as cancer immunotherapy and biologics. A silver SPRi sensor with a gold island film as nucleation center is widely studied recently due to its high stability, singal-noise ratio and capability of detecting large molecule, however, uncontinuity of the island film hinders further structure optimization and enhancement of sensing performances. Therefore, this project researches such optimization and enhancement step by step, aiming at characterizing spatial structure and optimizing multiple sensing performances of the sensor. Firstly, surface morphology and spatial structure are characterized to study effect of the nucleation center on the structure of the silver SPRi sensor. Secondly, spectroscopic ellipsometer data fitting and polynomial approaching methods are utilized to establish thickness-refractive index model of the gold and silver films. Finally, optimization of the sensing performances and stability is established based on multi-objective optimization algorithm and electrochemical method. Researches of this project have the potential of promoting development of highly stable and sensitive SPRi technique and innovations of biological techniques.
表面等离子体共振成像具有无标记、可实时检测等优点,已经成为癌症免疫治疗、生物制药等前沿领域里高通量筛选的关键技术。具有岛状金薄膜成核中心的银薄膜表面等离子体成像传感器以其强稳定性、高信号噪声比、可检测大尺寸分子的特点得到了行业的广泛关注,然而岛状金薄膜的非连续性为传感器的结构优化和检测性能提高带来了挑战。为解决上述问题,本项目从传感器的空间结构研究入手,首先综合采用多项表征手段和统计学方法探索岛状金薄膜改变传感器空间结构的机制。然后采用拟合光谱椭偏仪数据和多项式拟合方法优化等方式获得金、银薄膜的厚度-折射率模型。最后,基于多目标优化算法和电化学稳定性测量手段提出多项检测性能和稳定性同时优化的方法,实现了结构参数优化设计和提高检测性能的目标。本项目的研究成果对于推动高稳定性、高灵敏度的表面等离子体共振成像技术向前发展,促进生物技术的持续创新具有重要意义。

结项摘要

由于具有良好的检测灵敏度和信噪比,银膜表面等离子体共振成像传感芯片一直是表面检测分析领域的研究热点,但是稳定性差的缺点使其难以在实际应用中推广。为解决上述问题,课题申请人设计并实现了一种金岛型银膜表面等离子体共振成像传感芯片,使用寿命可达100天以上,然而存在空间结构缺乏表征,灵敏度难以有效优化等局限性,导致金岛层对银膜传感芯片的空间结构和物理、电化学性能的改变有何影响,以及传感芯片的稳定性机制有待研究。.本课题从截面和成分分析技术出发,研究金岛层银膜表面等离子体共振成像传感芯片的空间结构和表面形貌,通过拟合光谱椭偏仪数据建立各薄膜折射率-厚度模型,并通过同步优化吸收峰深度宽度比和倏逝波穿透深度得到各薄膜厚度的Pareto最优解集,采用循环伏安法测试具有上述薄膜厚度的传感芯片抗电化学腐蚀能力从而得到稳定性和灵敏度最优的薄膜厚度组合,最后通过测试薄膜粘附力、使用寿命和保存寿命,从而实现明确传感芯片稳定性机制、优化传感芯片结构参数的目的,为该芯片在检测分析领域的推广奠定理论基础。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Design and Implementation of a Miniaturized Dual-wavelength UV Crosslinker
小型化双波长紫外交联剂的设计与实现
  • DOI:
    10.18494/sam.2022.3644
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Sensors and Materials
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Zhiyou Wang;Maojin Wang
  • 通讯作者:
    Maojin Wang
Performance Optimization of Surface Plasmon Resonance Imaging Sensor Network Based on the Multi-Objective Optimization Algorithm.
基于多目标优化算法的表面等离子体共振成像传感器网络性能优化
  • DOI:
    10.1155/2022/3692984
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    COMPUTATIONAL INTELLIGENCE AND NEUROSCIENCE
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang, Zhiyou;Wang, Maojin;Chen, Ying;Hu, Fangrong
  • 通讯作者:
    Hu, Fangrong
Analysis on key issues of boresight adjustment in imaging tracking based on Risley prisms
基于Risley棱镜的成像跟踪视轴调节关键问题分析
  • DOI:
    10.1117/1.oe.59.12.123104
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Optical Engineering
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Yuan Zhou;Zhiyou Wang;Liping Sun;Ying Chen;Fangrong Hu;Shixun Fan
  • 通讯作者:
    Shixun Fan
Terahertz Metamaterial Biosensor With Double Resonant Frequencies for Specific Detection of Early-Stage Hepatocellular Carcinoma
具有双谐振频率的太赫兹超材料生物传感器用于特异性检测早期肝细胞癌
  • DOI:
    10.1109/jsen.2022.3225344
  • 发表时间:
    2023-01-15
  • 期刊:
    IEEE SENSORS JOURNAL
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Xie,Duan;Li,Dongxia;Wang,Yuanli
  • 通讯作者:
    Wang,Yuanli
Analysis of Adhesion Strength between Silver Film and Substrate in Plain Silver Surface Plasmon Resonance Imaging Sensor
纯银表面等离激元共振成像传感器中银膜与基片的附着力分析
  • DOI:
    10.18494/sam3802
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Sensors and Materials
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Zhiyou Wang;Ye Wang;Maojin Wang;Qinfang Zheng
  • 通讯作者:
    Qinfang Zheng

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其他文献

其他文献

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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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