研究方向

 

 Research

 

光子学与生物医学研究中心”团队的工作介绍

       研究工作的目的和意义:光学作为物理学范畴中极其重要的学科,在科学研究,生物医学、能源环境和食品、工业和军事等应用领域发挥着不可缺少的作用,具有科学的价值和现实意义。华东理工大学“光子学与生物医学研究中心”研究团队的工作简要介绍如下:

       基础研究:利用光子学与分子生物学、纳米技术、分析化学、医学与健康诊断等学科的交叉融合,探索分子的光机能特性、观测分子的宏观形貌和微观结构、解析分子机械振动和量子状态等,并归纳和总结光子与分子相互作用的规律。利用光子与分子相互作用的规律,生物与化学过程中传递的光子信息探索实现在分子水平的高灵敏定性与定量,开展分子的医学与健康诊断、环境与食品等相关领域的检测。在纳米能源器件方面,开展新型制备方法研究,探究高效低成本机理。


       应用领域:以上述基础研究为背景,积极开展分子探测、分子机能特性、生化学和免疫学过程中的光信息的研究。通过光学、电子信息科学、纳米技术、分子生物学等多学科与生物医学、食品检测等学科领域的交叉与结合,以细胞、核酸分子(DNA和RNA)为研究对象,开展生物分子的光信息探索。同时,利用物理手段,纳米与芯片技术,通过研究在光电场作用下的分子探测、分子动力学过程、分子光机能特性、分子的增幅与分离过程及其规律、纳米器件高效低成本机理,实现生命分子的高灵敏检测,对细菌和病毒进行快速精确分析,为医学诊断、食品分析、科学仪器、能源环境等领域提出新的可能性。

       近期目标:实现对生物代谢分子、免疫学分子、DNA和RNA的高精确和高灵敏的检测和分析,实现在单一细胞内分子受激发射过程中的光子传递信息的探索(光谱与图像)、实现生化学过程、免疫反应过程光子传递信息的检测与分析。在生物医学、遗传分子、能源环境和食品等交叉学科领域,进行在光电场和纳米结构的分子动力学、分子精确分离过程及其科学规律研究,开发以光电信息的检测分析技术为主导研究方法的科学仪器。计划利用微纳米技术在芯片上实现PCR微型集成、时变电场电泳技术基础上的分子电泳高速分离、分子芯片影像检测及分析,提出核酸分子的增幅分离与检测的微型一体化。实现对细菌和病毒的快速精确检测,为医学诊断、环境分析、食品检测等领域的研究和应用提出了新的检测和分析方法,并计划完成多项生物分子、医学诊断等系列仪器、高效低成本能源组件的开发。

 

   
  1. 毛细管电泳研究与应用- Capillary Electrophoresis -
 
   (1) 1nt/ 1bp  separation by capillary electrophoresis
 
 

 

本研究针对DNA/RNA分子筛分机制进行分析。团队以毛细管聚合物电泳为基础,分析研究单碱基差异的DNA/RNA以及同碱基数、异碱基序列的DNA/RNA的筛分机理。

Biological and biomedical requirement for DNA/RNA detection is now to find the difference of their sequence and their length in 1nt/1bp difference. We are now challenging the separation of 1nt/1bp difference by capillary polymer electrophoresis (molecular sieving electrophoresis).


Electrophoresis (2009) 

Electrophoresis (2011)

Journal of Chromatography A (2013)

PlosOne (2015)

 


   (2)miRNA/siRNA的毛细管电泳分析- miRNA/siRNA capillary electrophoresis -
 
 

micro-RNA(miRNA)在细胞生长发育过程中起重要作用。不同物种的细胞内的miRNA具有高度保守性,揭示与细胞生命周期有关的重要信息。利用团队的毛细管电泳技术,可对癌细胞中的miRNA进行分析检测。

 

micro-RNA (miRNA) is playing an important role of the cell development and is important maker for cell characteristics. Thus the cell life cycle can be found by analyzing the miRNAs. We are applying the capillary polymer electrophoresis to identify the miRNA from cancer cells. 


 Electrophoresis (2015)

 Journal of Separation Science, (2015)

 
   (3) 细菌的毛细管电泳检测 - Bacteria detection with capillary electrophoresis -

 

   

床旁细菌实时诊断是近年来临床医学应用研究的热点。本研究在于研发牙周病病原菌的诊断检测POCT设备,该设备基于毛细管电泳系统,实现病原菌的DNA诊断。

 

Point of care diagnosis for bacteria is valuable. We are developing the POCT capillary electrophoresis system for periodontal bacteria, for the first step.    

 


 Journal of Separation Science (2015)

 Analytical Bioanalytical Chemistry (2015)

 Analyst (2014)

 
   
  2. 生物分析微芯片 - Biology and bioanalysis in Micro-chip -
 
   (1) 微芯片细胞培养 - Microchip cell culture-
 
 

微芯片是实现单细胞分析检测的理想平台。研究团队致力于研发用于单细胞培养的微芯片系统。

 

For single cell analysis, the microchip platform is the best solution. We are developing the microchip single cell culture system.

 

 


 Sensor&Actuator B, Chemical (2009)

 Analyst (2015)

 
   (2) 微芯片细胞诊断 - Microchip cell diagnosis -
 
   

心肌细胞毒性检测是一项重要的药物安全检测。本研究利用体外定量成像分析方法,对心肌细胞动力学进行研究。

 

Cardiomyocyte toxicity is the most important testing for drug safely. We are developing an in-vitro quantitative imaging analysis for cardiomyocyte dynamics with the quantitative imaging. 

 


 Analyst (2011)

 Sensors&Actuator B, chemical (2014)

 Analyst (2015)

 


 
   
  3. 拉曼光谱学研究 - Raman Spectroscopy -

 


   (1) 气体拉曼检测 - Raman spectroscopy for gas -
 
   

人类呼气(HEG)检测是生物传感领域的前沿技术之一。HEG诊断原理为,HEG中含有与疾病有关的指示性物质,例如糖尿病患者呼出的气体中含有丙酮,癌症患者呼出的气体中含有氨气。本研究通过分析HEG的拉曼光谱,进行疾病的诊断研究。

 

The exciting frontier for biological sensing is to monitor a human expiratory gas (HEG). The HEG contains the makers for lifestyle-related disease  for example, acetone for diabetics, ammonia for cancer. We are doing the research to detect the maker gas HEG by Raman spectroscopy.

 


 Applied optics (1998)

 


   (2) 拉曼成像检测 -Raman imaging-
 
 

本研究利用拉曼成像,探索小鼠干细胞向心肌细胞分化的过程。我们运用拉曼光谱,监测胚胎干细胞向原始内胚层分化的过程。

 

We are applying Raman imaging for understanding the cardiomyocyte differentiation from mouse stem cell. We are monitoring the differentiation process from the embolic body (EB) through the stem cell to the primitive endoderm (PE) by Raman spectroscopy.

 


 Analytical Bioanalytical Chemistry(2011)

 Journal of Raman Spectroscopy (2013)

 Scientific Reports (2015)

 


 
   
  4. 表面拉曼增强光谱学研究 - Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) -

 


   (1) 表面增强拉曼光谱的生物检测研究 - Biosensing with surface enhanced Raman spectroscopy -
 
 

 

 

本研究团队是表面增强拉曼(SERS)分析蛋白质领域的领军队伍。团队利用表面增强拉曼效应实现蛋白质的高灵敏度检测。

 

We are the pioneer about the protein analysis with surfece enhanced Raman spectroscopy. The sensitive analysis is needed for the protein analysis, thus we applied SERS for protein analysis.  

 


Analytical Chemistry (1996)

 

 

 
   (2) 纳米基表面增强拉曼光谱的研究 - Nano-surface for surface enhanced Raman spectroscopy -
 
   

成功实现SERS效应要求具备完善的纳米基底。本研究用多孔纳米材料与湿法蚀刻法制造出适用于SERS检测的基底。

 

The well-developed nano-surface is required for stable SERS signal. We are applying the nano-porous and wet-etching to fabricate the sustainable nano-surface for SERS.

 


Scientific Reports (2011)

 
 
   
  5. 纳米太阳能电池 - Nano-structure Solar Cell -
 
 
 

 

太阳能是新型能源,是解决环境污染和能源短缺问题的最佳方案之一。本例采用绿色、低成本的非真空技术制备TiO2基极薄Cu2ZnxSn1-xS4吸收层太阳能电池,表征所得吸收层薄膜形态、微结构、光学吸收特性、电学特性、化学计量比等各项性能优越,对太阳能电池低成本发电具有重要意义。此外,本实验室还在开展新型钙钛矿太阳电池的研究,目前已取得积极进展。

Solar energy is a new energy, which is one of the best solutions to solve both of the environmental pollution and the energy shortage problems. In this study, the green and low-cost non-vacuum technology is empolyed to prepare the TiO2 based extremely thin Cu2ZnxSn1-xS4 absorber layer solar cells. The characterization result indicates the film morphology, micro structure, optical absorption properties, electrical properties, stoichiometric ratio of the prepared absorber layer is perfect, which is significative to the low-cost solar-power to electricity. In addition, our laboratory is also carring out the research about the new type perovskite solar cell, and now important progress has been made.

 


RSC Advances (2015)

Materials Letters (2014) 

 

 

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