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应用于生物医学领域的低温调频非接触原子力显微成像系统研制

应用于生物医学领域的低温调频非接触原子力显微成像系统研制
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  • 批准号:81627801
  • 批准年度: 2016年
  • 学科分类:影像医学与生物医学工程(H18) |
  • 项目负责人:邵志峰
  • 负责人职称:教授
  • 依托单位:上海交通大学
  • 资助金额:374万元
  • 项目类别:国家重大科研仪器研制项目
  • 研究期限:2017年01月01日 至 2021年12月31日
  • 中文关键词: 应用于;生物医学;原子;显微;研制
  • 英文关键词:Cryo;Frequency modulation;Non-contact;Sub-nanometer resolution;Atomic Force Microscopy

项目摘要

中文摘要

研制具有亚纳米超高分辨率的原子力显微成像(AFM)系统,实现对蛋白大分子组合、细胞膜以及组织等复杂生物结构的直接解析,是结构生物学的重要目标之一。本项目针对生物医学中的这一重大科学需求,自主研发一种超高分辨的AFM系统。其核心内容包括:设计、构建在液氮温度下(Cryo)运行的调频(FM)与检测电子系统,低温非接触成像模块(Non-contact),样品制备/传输模块,常压低温控制系统等,从而实现亚纳米尺度的超分辨结构解析能力。该系统的研制成功,对于随机分布的复杂生物大分子或组合、细胞乃至组织切片,将建立具有最高点分辨能力的成像技术与方法,为单分子结构生物学、分子生物物理学、结构细胞生物学、高分辨病理与微观解剖学、药物开发、纳米医学等领域提供一种具有独立知识产权的全新技术途径,并填补目前电子显微技术与光学成像技术在分辨尺度上的空缺,必将成为具有广泛生物医学应用的独特而重要的手段之一。

英文摘要

The ultimate objective of this project is to develop a novel functional atomic force microscope (AFM) that can achieve nm to sub-nm spatial resolution on individual macromolecules and heterogeneous complexes, including nanoscale biological machines. Although it has been a long-term goal to directly detect sub-molecular features and structural changes within supra-molecular complexes, which is essential for the elucidation of their functions, this level of resolution has not been reproducibly achieved by AFM with single (bio-)macromolecules at present. Since protecting the sharpness of an AFM tip is most critical to achieve nm to sub-nm resolution with biological structures preserved by low temperature, the only solution is to introduce the mode of frequency modulation (FM) non-contact imaging to prevent the sharp tip apex of only a few atoms from disintegrating during imaging. We propose to directly examine the most basic determinants of non-contact cryo force imaging with an unconventional approach of nitrogen vapor purged environment to ensure a contamination free system while retaining a sufficient sensitivity for the non-contact operation. The successful completion of the project will lead to the implementation of a new Cryo FM Non-Contact AFM imaging system with sub-nm resolution as well as the techniques and methodologies for imaging single molecules with this super-resolution AFM, which will build the foundation for its prospective applications in structural biology, molecular biophysics, drug development and nano-medicine.

评估说明

    国家自然科学基金项目“应用于生物医学领域的低温调频非接触原子力显微成像系统研制”发布于爱科学iikx,并永久归类于相关科学基金导航中,仅供广大科研工作者查询、学习、选题参考。国科金是根据国家发展科学技术的方针、政策和规划,以及科学技术发展方向,面向全国资助基础研究和应用研究,发挥着促进我国基础研究源头创新的作用。国科金的真正价值在于它能否为科学进步和社会发展带来积极的影响。

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