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新型生物传感技术在功能分子检测和成像
作者:华南师范大学科技处     发布日期:2015-06-26       浏览次数:     收藏本文

获奖情况:2012年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)二等奖

 

完成人员:邢达,章春笋,杨思华,周小明,朱德斌,周非凡

 

成果简介:

本项目属于信息科学中的前沿交叉学科领域。

  生命活动离不开一些重要的生物功能分子的参与,获取生命活动中的功能分子信息是人类探索生命现象及其本质的关键问题。发展以生物功能分子信息获取为目的的新原理方法和技术则是重要前提和基础。本项目通过发展新型新原理的无损伤、高分辨、高灵敏的光学成像技术体系,以满足在分子、细胞和组织水平上的多尺度、跨层次的检测需求;结合特异性生物分子的光学探针传感技术,实现特异性生物功能分子的信息量化,功能监测和在体检测等。

  在国家杰出青年基金、973和国家自然科学基金的支持下,针对生物功能分子信息探测存在的难点和盲点,以创新高灵敏度、高分辨率的在体光子学检测方法与技术体系为目的,经十年系统的工作,主要科学发现如下:

  1、开拓了新型生物组织结构和分子功能的光声成像方法。国际上最早提出并实现了光声和超声的双模态联合成像模式,克服了纯光学成像中组织高散射低分辨的缺点,弥补了医学超声对血管成像识别率低的问题;基于多元阵列换能器,利用电子并行扫描技术实现快速光声信号采集,使采集一幅图像时间由国际上普遍的30分钟左右缩短为3秒,提高了近600倍。该研究成果,被Nat. Photonics, Nat. Protocols连续多次引用正面评论,被认为突破了光声成像临床应用的技术瓶颈。

  2、建立了国内首个基于多种荧光传感机理于一体的多参数、多功能活体单分子光学检测方法及平台。通过荧光互相关(FCCS)、荧光共振能量转移(FRET)、荧光漂白后回复(FRAP)等多种技术手段获取的多模态信息整合为一体,首次发现了在光动力治疗过程中信号分子Bid和Cas-3诱导细胞凋亡的机理;首次证明了作为新的功能成像方法——光声功能分子成像用于临床的巨大潜力,发现了脑皮层血管形态、血流/血氧的状态变化随脑部出血、中风等病变发生及愈后的作用关系;该成果被Nat Photonics 正面引用报道,并获得美国医学物理学会2007学会年度奖---"Sylvia Sorkin Greenfield Award"。

  3、发展了基因层面新的功能分子高灵敏度光学传感方法及检测技术。国际上首次提出一种可以用于定量检测早期癌症基因点突变的高灵敏度电化学发光特征基因检测方法,将PCR技术、限制性内切酶技术、电化学技术和光谱学检测分析技术巧妙结合,克服了基于PCR的传统检测方法的多种局限性;发展了高通量筛选和鉴定疾病诊断和治疗的光学分子探针及以光学微流控检测平台,实现特征基因、疾病标记物的高通量筛检和快速鉴定。为光声结构与功能成像的应用扩展奠定了坚实基础。系列的工作被Nat. Rev. Cancer, Chem. Rev., Physiol. Rev., Chem. Soc. Rev 等顶级刊物全部正面引用。

  该项目共发表SCI论文75篇(08年2月前),总影响因子IF=182.47,平均2.43/篇;被总他引810次;其中8篇代表作被SCI他引300次;授权国家发明专利38项;“国际领先水平”省科技成果鉴定的生物光子学检测仪器3项;重要国际大会特邀报告28次(包括Photonics West大会特邀报告5次)。