介电增强拉曼散射原位检测细菌信号分子

基本信息
批准号:31770113
项目类别:面上项目
资助金额:55.00
负责人:韦晓兰
学科分类:
依托单位:重庆工商大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:郭莉霞,张杰,杜若愚,韦正楠,周海玲,秦艳梅,牟浩
关键词:
细菌生物膜原位检测群体感应无损分析信号分子
结项摘要

In this project, aiming atthe great challenge of in-situ monitoring of quorum sensing molecules inside bacterial biofilm, we propose a new concept of the dielectric metasurfaces based on the super-lattices of hybrid perovskites (HPs), which would have important features including the fabrication ofperiodic arrays of semiconductor nanostructuresby molecular self-assembly, high enhancement factors and broad excitation bands for the enhanced Raman scattering. We will research the molecular design and modulation of the HPs-based dielectric metasurfaces, and the new principles and methods of HPs-based dielectric enhancement of Raman scattering (DERS). Combing with the shell-isolation of macromolecules and the electron transition –based resonance Raman scattering (RRS), we will develop and establish the new technology of dielectrics-enhanced RRS (DERRS), which would show significant advances including the impedance of macromolecules, the protection of metasurfaces, bio-compatibility, singlet selectivity, and multiplex detection. Finally, chemometric methods would be introduced to further improve the accuracy of DERRS detection of small molecules. Consequently, it is possible to break through the bottle-necks of the present methods such as great interference and poor reproducibility, and to realize the in situ detection of signaling molecules at micro-levels and their dynamic changes during the process of biofilm formation. As well, it is expectable to deeper reveal molecular mechanisms of bacterial quorum sensing, and subsequently, to provide new strategies for prevention and eradication of bacterial biofilms applied in diverse fields including artificial transplanting, food safety as well as environmental protection,being of great scientific and realistic significance.

针对生物膜细菌信号分子原位检测的重大挑战,提出基于杂化钙钛矿的介电超表面新概念,实现纳米半导体阵列的分子合成与调控,具有低扰动、高增强、宽频带的重要特色。项目研究杂化钙钛矿介电超表面的分子设计,研究杂化钙钛矿介电增强拉曼散射的机理和特点;结合壳隔离和共振拉曼散射,研究建立基于壳隔离超表面的介电增强共振拉曼散射的新技术,具有阻断大分子、保护超表面、生物相容、单一选择、多重检测等显著特点;同时结合化学计量学方法进一步提高复杂背景下拉曼检测的准确性,可望突破由胞外基质和纳米金属导致的干扰大、重现难的现有技术瓶颈,实现生物膜形成过程中微量细菌信号小分子及其变化的动态监测。本课题研究将为微生物群落信号分子的原位检测提供可行的新技术,将深入揭示细菌生物膜形成过程中群体感应的分子机制,为破解在人工移植、食品和环境等广泛领域中生物膜防治的重大难题提供新思路和新方法,具有十分重要的科学意义和应用价值。

项目摘要

针对生物膜细菌信号分子原位检测的重大挑战,项目利用卤化物钙钛矿纳米晶半导体超晶格实现了超表面的分子合成与调控。由此,我们提出了激子超表面的新概念,从理论和实验上揭示了激子增强分子振动(红外和拉曼)光谱的机理和特点;在此基础上,采用壳隔离钙钛矿纳米晶,我们建立了基于壳隔离超表面的激子增强拉曼光谱新技术;同时通过利用人工智能进行拉曼光谱模式识别,我们实现了多个目标分子的同时检测(包括定性和定量分析)。我们突破了由胞外基质和纳米金属导致的干扰大、重现难的现有技术瓶颈,实现了生物膜形成过程中微量细菌信号小分子的动态监测。项目研究成果将为深入揭示细菌群体感应的分子机制提供可行的新技术,将为破解在人工移植、食品和环境等广泛领域中生物膜防治的重大难题提供新思路和新方法,具有十分重要的科学意义和应用价值。项目的研究成果包括:已申请发明专利3项,其中授权1项、公开2项;已发表论文5篇,其中TOP期刊1篇、JCR-Q2区4篇,目前被国内外学者高水平论文引用累计8次(其中包括TOP期刊5次),产生了重要影响。项目研究成果覆盖了物理、化学、生物、材料等多个学科,对提升项目依托单位相关学科的竞争力作出了积极贡献;通过项目研究,培养、提升了多名基础研究人才,促进了科技和人才的交流与合作,对依托单位在相关学科的可持续发展具有长期的积极影响。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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