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

基本信息
批准号:21475100
项目类别:面上项目
资助金额:90.00
负责人:沈爱国
学科分类:
依托单位:武汉大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:沈超,王小华,于鑫焱,刘翼振,张冠男,王利华,胡佳,李俊容,张存
关键词:
无标记生物成像剪切力显微镜胞外多聚物细菌生物被膜针尖增强拉曼散射
结项摘要

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。

项目摘要

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
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

祁连山天涝池流域不同植被群落枯落物持水能力及时间动态变化

祁连山天涝池流域不同植被群落枯落物持水能力及时间动态变化

DOI:10.13885/j.issn.0455-2059.2020.06.004
发表时间:2020
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

基于 Kronecker 压缩感知的宽带 MIMO 雷达高分辨三维成像

DOI:10.11999/JEIT150995
发表时间:2016
4

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
5

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

温和条件下柱前标记-高效液相色谱-质谱法测定枸杞多糖中单糖组成

DOI:10.3724/ SP.J.1123.2019.04013
发表时间:2019

沈爱国的其他基金

批准号:30300099
批准年份:2003
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21175101
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:31070723
批准年份:2010
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:20705025
批准年份:2007
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30770488
批准年份:2007
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:21874102
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

针尖增强拉曼光谱技术的建立及其在单晶电极体系中的应用

批准号:20473067
批准年份:2004
负责人:任斌
学科分类:B0205
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
2

基于“双共振”和“频率位移”表面增强拉曼光谱的高灵敏度和高重复性的无标记检测技术

批准号:21375087
批准年份:2013
负责人:叶坚
学科分类:B0403
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
3

针尖增强拉曼光谱纳米探针的研制及应用

批准号:11204189
批准年份:2012
负责人:张利胜
学科分类:A2207
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
4

基于硅纳米线表面增强拉曼技术和碳纳米管拉曼探针的高灵敏生化检测

批准号:51072126
批准年份:2010
负责人:李述汤
学科分类:E0207
资助金额:43.00
项目类别:面上项目