拨款180万美元,用于推进用于检测超低水平疾病颗粒的设备
在朱迪思·苏(Judith Su)的小传感器实验室(Little Sensor Lab)中,研究人员正在努力检测少量-甚至单个分子-从掺杂剂到癌症,阿尔茨海默氏病,莱姆病甚至是COVID-19的生物标记物。苏说:“我们实验室所做的一切都围绕着超灵敏的光学传感器,可用于各种应用,例如环境健康监测,食品和水质监测以及检测有毒的工业化学品。” “任何值得感知的东西,我们都可以感知。”Su是生物医学工程和光学科学教授,也是BIO5研究所的成员,他已获得美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的美国国立普通医学科学研究所(National Institute of General Medical Sciences)授予的为期五年,*大化研究人员研究奖的182万美元。 。回音壁光学波谐振Su实验室的核心是一种独特的技术,称为回音壁光学波谐振,或称为FLOWER,它利用了一种被称为回音壁光学波的现象。这些波浪***的例子是以声音的形式出现的:在带有特殊圆角墙壁的房间的一端窃窃私语,例如在伦敦的圣保罗大教堂,而在房间的另一端的朋友可以分辨出什么你是说。就圣保罗而言,距离超过100英尺。为了检测低至单个分子的物质,FLOWER使用光波代替声音,并以小得多的比例(大约100微米),其尺寸约为食盐颗粒的大小。该装置由环形或甜甜圈形环组成,光线可通过该环传播。每次光线形成回路时,都会有少量光线伸出传感器之外,并与溶液(例如尿液,血液,汗液或水)相互作用。如果存在被检查的分子(也称为分析物),即使是少量的分子,也会非常轻微地改变光的折射率。但是,由于光在绕环环圈中与分子相互作用的次数很多,因此变化变得更加明显,使得FLOWER比许多现有的传感方法更加敏感。Su说:“普通传感器一次与一个分子相互作用。但是在这种情况下,它将与该分子数十万次相互作用,因此我们得到了这种信号积累,这使我们的灵敏度得到了提高,” Su说。在短短的40纳秒内,光绕环面传播240,000次。这意味着它行进约68米。 FLOWER可以在30秒内确定是否存在分析物。与流行的感应方法相比,花艺有几个其他优点。许多使用荧光染料或其他化学物质标记分析物并使其在显微镜下可见。但是通常昂贵且难以生产的标签会干扰特别小的分析物。此外,FLOWER的传感器比其他传感器更大,因此可以投射更宽的网以捕获痕量分析物。COVID-19,便携式检测及其他FLOWER可适用于各种物质,并可用于解决医疗界*紧迫的问题。例如,Su正在与加州理工学院的一个小组合作研究COVID-19药物。研究小组正在寻找与肺部特定受体结合并能抵抗病毒的化合物。苏说:“我们也正在启动一个研究嗅觉,蒸气和呼吸的项目。” “空气中有许多分子可以提供一种非侵入性的方法来测试疾病。例如,对COVID-19进行呼气测试,而不是用棉签或血液测试。”这笔资金还将有助于扩大FLOWER的能力。首先,Su的实验室打算提高设备的灵敏度,以检测更小,更轻的分子。此外,研究人员正在努力使该设备适应不仅可以检测分子的存在,还可以检测分子异常或形状变化的问题。仅举一个例子,该设备可以帮助研究人员研究眼睛中的光激活蛋白,并增强对视觉的科学理解。研究团队甚至正在整合人工智能,因此该系统可以不断完善自身。*后,实验室成员正在努力使系统小型化,以使其便携且易于使用。 Su设想了一个智能手机附件,该附件可以使士兵能够检测到水中的污染物,医护人员可以发现痕量疾病,市民科学家可以测试空气质量。“苏博士和她的团队的工作是数字,物理和生物世界日益融合的令人难以置信的例证,以及为什么亚利桑那大学准备成为领导第四次工业革命以创造光明未来的***对我们所有人来说,“亚利桑那大学校长罗伯特·罗宾斯说。 “在NIH的支持下,Su博士及其团队拥有巨大的机会来开发一种便携式技术,该技术可以在多个领域改变游戏规则。”