郑大一附院杨建军教授课题组在《Science》首本合作期刊《Research》发表最新研究成果
        日期:2021-05-28     供稿:宣传处     发布:宣传处     点击:2850

pg电子游戏官网第一附属医院杨建军教授丨刘盼苗博士后团队,通过构建了一种新型高强度、极低本体荧光的碳化光子晶体结构色编码的液相芯片体系,拓展了基于流动编码微载体的高通量、高灵敏、快速生物多元分析的新方法。此新型多功能编码微载体具备良好的生物相容性,结构稳定性,功能修饰性和多元编码特性,将在细胞捕获和培养,多功能微载体,多器官悬浮芯片等生物多元编码和分析中取得广泛应用。近日,相关成果以 “Robust Carbonated Structural Color Barcodes with Ultralow Ontology Fluorescence as Biomimic Culture Platform”为题发表在Research上。(Research, 2021, 9851609, DOI:doi.org/10.34133/2021/9851609)。本文的共同通讯作者为东南大学谢卓颖教授和北京航空航天大学郑付印教授。

    研究背景

   Research》杂志是2018年美国顶刊《Science》自1880年创刊以来第一本合作期刊,定位国际一流期刊,预计IF>10,该期刊由几十位中国和国际的院士倾情推进并担任编委和评委。此次研究团队在光子晶体多元结构色液相芯片的工作荣幸入选,后期也将开拓更多的应用,在仿生结构色材料集成应用于类器官和器官芯片等领域进行深入挖掘。杨建军教授课题组一直致力于医学交叉学科的研究。本研究通过构建一种新型高强度、极低本体荧光的碳化光子晶体结构色编码的液相芯片体系,拓展了基于流动编码微载体的高通量、高灵敏、快速生物多元分析的新方法。

    目前杨建军教授课题组主要研究方向:1)全麻机理及术后认知功能障碍;2)疼痛、抑郁、认知损伤共病的机制研究;3)大数据及人工智能;4)微纳材料与医学的交叉学科研究。2020年度pg电子游戏官网第一附属医院麻醉与围术期医学部获国家自然科学基金资助6项,以第一作者或通讯作者身份参与发表SCI论文56篇,其中IF>516篇。

    研究介绍

    研究团队通过液滴限域的微流体技术组装单分散聚多巴胺包裹的二氧化硅纳米颗粒(PDA@SiO2),然后热分解得到碳化的光子晶体结构色编码微球(C@SiO2 PC beads),借助聚多巴胺的黏附性实现了更稳定的机械强度和结构色编码,且碳化后进一步赋予了极低的本体荧光。此新型多功能编码微载体具备良好的生物相容性、结构稳定性、功能修饰性和多元编码特性,将在细胞捕获和培养、多功能微载体、多器官悬浮芯片等生物多元编码和分析中取得广泛应用。

    在碱性条件下聚合多巴胺可均匀地涂附在二氧化硅粒子表面形成聚多巴胺壳,得到核壳结构PDA@SiO2粒子。利用微流控技术,PDA@SiO2粒子基于表面PDA的黏附性可以直接组装成稳定的PC结构的球型,与传统工艺相比,省去繁琐的高温灼烧处理。PDA作为良好的碳源,经过碳化后可形成类石墨结构的碳,从而使微球在颜色和机械强度方面得到稳定提升。

    根据光子晶体的光学原理,用布拉格衍射方程可计算C@SiO2 PC微球的中心衍射波长(结构色)。通过调节粒子粒径制备的四种不同颜色的C@SiO2结构色微球,从图片可观察到这四种微球都具有明显可辨识的颜色,通过分析颜色编码与光谱编码信号采集面积的比较,可得出颜色编码比光谱编码在信号采集方面有极大的优势。

    根据C@SiO2微球、PDA@SiO2微球和SiO2微球在不同波段刺激下的荧光照片可得出,C@SiO2结构色微球具有更低的本体荧光(图3)。此外,通过抗压及抗超声损伤实验也验证了C@SiO2结构色微球比PDA@SiO2微球及SiO2微球具有更高的机械强度。

    基于结构色的多元编码特性,不同结构色的微球表面可以修饰不同的靶向功能探针,实现对多重细胞的同时捕获、培养、分离和多元分析。这些结果表明,C@SiO2微球不仅能在细胞捕获和培养过程中保持良好的机械稳定性和颜色可见性,而且用荧光标记细胞后具有良好的荧光读取能力(图4)。

    研究前景

    光子晶体具有独特的光学和结构特性,球形自组装光子晶体的特征反射峰具有检测角度无关性及分级耦合和协同放大效应,基于此液相悬浮编码微载体的多元分析由于其高灵活性、快速检测及良好的重复性在多元定量检测,尤其是生物医学领域具有广泛的应用。这项工作得到了中国博士后科学基金、国家自然科学基金、北京市科技新星计划、北航青年拔尖创新人才支持计划等项目的资助。特别感谢东南大学生物电子学国家重点实验室在工作中给予的支持和帮助。

    以此多元编码微载体体系为基础,未来将通过发展限域可控组装等技术手段开发一系列形貌和构建材料组合可控的新型光子晶体微载体,解决、优化和发展流动编码载体的编码方法、检测技术等瓶颈问题,以及打破规模制备工艺的局限性,努力实现从实验室样本转换为实际产品,服务于医院及研究机构用于肿瘤等临床疾病的诊断和分析。

    作者简介

    杨建军,主任医师,教授,pg电子游戏官网第一附属医院麻醉与围术期医学部主任,pg电子游戏官网医学科学研究院神经科学研究所副所长,担任中国精准医学学会常务理事、中华医学会麻醉学分会常务委员;国家自然科学基金、法国国家科研署(ANR)及荷兰科学研究会(NWO)等基金评审专家。发表SCI论文211篇,总IF=716分。

    刘盼苗,pg电子游戏官网第一附属医院博士后,东南大学生物医学工程专业博士及硕士。主要从事仿生结构色功能材料、器官芯片、功能材料与神经科学交叉学科等研究。主持和参与了多项国家自然基金、江苏省自然科学基金、中国博士后面上资助等国家与省部级科研项目。在ResearchACS applied materials & interfacesNanoscale等发表学术论文10余篇,已授权4项发明专利。

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