時空分辨波動光譜光學系統研究及樣機研製

《時空分辨波動光譜光學系統研究及樣機研製》是依託上海交通大學，由任吉存擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：時空分辨波動光譜光學系統研究及樣機研製
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：任吉存
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

細胞是一種非均相動態體系，不同空間時間物質的組成和功能處於變化之中。傳統的方法和儀器很難獲得細胞內時空間信息。本項目旨在設計新型雷射光片照射模式，採用正交光學構型和高靈敏電子倍增電感耦合器件（EMCCD）為面陣檢測器，構建時空分辨波動光譜探測平台，原位獲取細胞時空信息。系統地研究光學構型，雷射照射參數對探測系統的影響，系統最佳化元件的配置，減少雷射照射厚度和散射光影響，提高時空分辨波動光譜的解析度和靈敏度。基於分子的擴散運動行為和相關分析，建立在光光片照射模式下，時空分辨波動光譜理論模型。發展高通量數據處理方法和軟體。獲得時空分辨波動光譜的關鍵技術和實驗方法。研製一台擁有自主智慧財產權高靈敏時空分辨波動光譜樣機。建立細胞時空信息獲取新方法，用於原位細胞研究。這種新的方法和儀器不同於目前商品化儀器，能夠原位獲得細胞時空信息，將對細胞生物學、重大疾病如癌症的病理研究和臨床診斷具有十分重要的作用。

結題摘要

細胞是生命的基本單元。細胞是一個非均相體系，不同空間內生物分子的濃度和活性是處於動態變化之中，因此單細胞分析方法應該具有時空分辨能力。該項目構建了時空分辨波動光譜實驗平台，系統地研究了光學構型、雷射照射強度和光子收集模式對探測系統的影響。最佳化了光學構型、元件參數、雷射照射參數對檢測系統的影響，減少了背景散射光的影響，使光片的厚度降至1.7 微米。建立了不同光學構型下時空分辨波動光譜理論模型。計算機模擬和實驗證實該模型能夠於微區內納米粒子和螢光分子擴散動力學。發展了時空分辨波動光譜數據處理方法和樣品的製備方法。採用光片光學照射模式，基於正交光學構型，以高靈敏的電子倍增電感耦合器件（EMCCD）為檢測器，研製了一台時空分辨波動光譜儀樣機。成功地用於單顆粒（如螢光量子點，金納米粒子）和螢光單分子探測，獲得了其時空分辨波動光譜。將時空分辨波動光譜方法用於細胞內金納米粒子擴散行為的研究。研究結果表明，細胞內的納米粒子的擴散行為是受限的，說明了細胞內環境是非均勻的。時空分辨波動相關光譜，能夠原位獲得細胞內生物分子的時空信息，將在細胞生物學基礎和某些重大疾病如癌症的病理研究發揮重要作用。 在本項目研究期間，研製一台的空分辨波動光譜儀樣機，在J. Am. Chem. Soc., Anal. Chem., J . Phys. Chem.,等期刊發表SCI論文21篇，獲教育部自然科學一等獎一項（活細胞時空分辨光學分析新方法研究，證書號：2016-013）。本項目全面完成了研究計畫，達到了預期的目標。